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UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE ESTUDIOS DE POSTGRADO
ESTUDIO ESPECIAL DE GRADUACIÓN
PROPUESTA PARA LA UNIFICACIÓN DE LOS PROCEDIMIENTOS DE SOLDADURA JUNTO A UN PLAN DE CONTINGENCIA COMO GUÍA DE TRABAJO PARA EL REACONDICIONAMIENTO DE UNA PARED DE TUBOS DE UNA CALDERA ACUATUBULAR MARCA DB RELEY CON CAPAC IDAD DE PRODUCCIÓN DE 1, 000,000 DE LIBRAS DE VAPOR POR HORA A 1,900 LIBRAS DE PRESIÓN, UBICADA EN PLANTA SAN JOSÉ, DEPA RTAMENTO DE ESCUINTLA
POR
INGENIERO MECÁNICO
ERWIN FRANCISCO RIVERA FONSECA
AL CONFERÍRSELE EL TÍTULO DE
MAESTRO EN ARTES EN INGENIERÍA DE MANTENIMIENTO
Guatemala, 26 de abril de 2,008
DEDICATORIA
A Dios Por permitirme llegar hasta estos momentos con
salud y alegría, por ser mi guía e inspiración
A mi esposa Por ese apoyo y amor que me brinda todos los días,
porque sin ella no lo hubiera logrado
A mi hijita Para que este triunfo alcanzado sea un ejemplo para
su vida y así poder demostrarle mi amor y cariño
A mis padres Quienes siempre se han preocupado por brindarme
todo su amor y bendiciones en mi vida, a quienes
trato de imitar dia a dia
A mis hermanas Por su cariño brindado
A mis sobrinos Para que este triunfo sirva como ejemplo a lo largo de
su vida
A mi suegra Por sus palabras de motivación
ÍNDICE DE CONTENIDO
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES
GLOSARIO
INTRODUCCIÓN
1. ASPECTOS GENERALES 1
1.1. Planteamiento del problema 1
1.2. Objetivos del trabajo 2
1.3. Justificación del trabajo 3
1.4. Alcance del trabajo 5
2. MARCO TEÓRICO 7
2.1. Caldera 7
2.2. Equipos críticos 7
2.3. Conceptos de mantenimiento 8
2.4. Historial de mantenimiento de los equipos 8
2.5. Fuga en tubería de caldera 9
2.6. Plan de contingencia 9
2.6.1. Conceptos 9
2.6.2. Análisis de riesgos potenciales 10
2.6.3. Declaración y notificación de una emergencia 11
2.6.4. Evaluación y clasificación de una emergencia 12
2.6.5. Retroalimentación para la revisión y actualización del plan 13
2.7. Soldadura 14
2.7.1. Definiciones 14
2.7.2. Equipo básico de soldadura 17
2.7.3. Ubicación de equipo 18
2.7.4. Personal de planta (soldadores de primera) 19
2.7.5. Personal contratista 20
2.7.6. Materiales de aporte 21
2.7.7. Composición química de las tuberías de caldera 22
2.7.8. Procedimientos de soldadura establecidos por la AWS 22
2.7.9. Tratamiento térmico a utilizar según fabricante 24
2.7.10. Ensayos no destructivos (Radiografía) 25
2.7.11. Resultados de la soldadura. 27
2.8. Localización de fallas 28
2.8.1. ¿Que es una falla en una pared de tubos? 28
2.8.2. Métodos para la detección de fallas 28
2.8.3. Método por pistola ultrasónica 29
2.8.4. Método por inspección visual 30
2.8.5. Método por medición de espesores 32
2.8.6. Análisis metalúrgicos 33
2.9. Seguridad industrial 35
2.9.1. Definiciones 35
2.9.2. Seguridad en la aplicación de soldadura 35
2.9.3. Seguridad en la aplicación de los ensayos no destructivos 41
2.9.4. Normas aplicadas a la protección del medio ambiente 42
3. INVESTIGACIÓN PROPUESTA 45
3.1. Ubicación de planta 45
3.2. Descripción de la empresa 45
3.3. Caldera 45
3.3.1. Descripción 45
3.3.2. Componentes esenciales de la caldera 46
3.3.3. Esquema de una caldera 48
3.3.4. Mantenimiento 49
3.4. Proceso de generación de energía 52
3.4.1. Descripción 52
3.4.2. Combustibles 53
3.5. Plan de contingencia 55
3.5.1. Tipos de planes 56
3.5.2. Personal involucrado (brigadas) 57
3.5.3. Organización de comité de respuesta ante una emergencia 57
3.5.4. Funciones al activarse el plan de emergencia 59
3.5.5. Formatos de control para seguimiento del plan 62
3.5.6. Características técnicas de los equipos a utilizar 63
3.6. Procedimientos de soldadura 70
3.6.1. Normas AWS 70
3.6.2. Procedimiento especial por composición química de tubería 73
3.6.3. Composición química de los materiales 79
3.6.4. Materiales de aporte 81
3.6.5. Equipo soldadura eléctrica 82
3.6.6. Equipos para gas argon 84
3.6.7. Radiografía 85
3.6.8. Reportes de trabajo 86
3.7. Normas de seguridad aplicables al proceso 87
3.7.1. Inducción de seguridad industrial 87
3.7.2. Equipo protección personal 88
3.7.3. Equipo para trabajos en altura 89
3.8. Detección de fallas 90
3.8.1. Método ultrasónico 90
3.8.2. Análisis metalúrgico 91
3.8.3. Medición de espesores 92
3.8.4. Inspección visual 93
3.8.5. Ensayos no destructivos 94
3.9. Disponibilidad de planta en línea 95
3.9.1. Análisis económico 95
CONCLUSIONES 97
RECOMENDACIONES 98
BIBLIOGRAFÍA 99
ANEXOS 100
Anexo 1 101
Anexo 2 102
Anexo 3 103
Anexo 4 104
Anexo 5 105
Anexo 6 106
Anexo 7 107
Anexo 8 108
Anexo 9 109
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES
FIGURAS
1 Proceso de soldadura eléctrica 15
2 Proceso de soldadura TIG 16
3 Partes de una antorcha de soldadura TIG 17
4 Equipo básico de soldadura TIG 17
5 Cajón de soldadura 19
6 Formas de electrodo de tungsteno 21
7 Esquema de medición de espesores de tubería
de caldera 33
8 Muestra de tubería para análisis metalúrgico 34
9 Tubería sobrecalentador fallada por desgaste 35
10 Equipo de protección adecuado para un soldador 39
11 Equipo para evitar riesgos a la salud 40
12 Radiaciones admisibles en el ser humano 41
13 Esquema de una caldera acuatubular 48
14 Corrosión interna localizada en la pared de tubos 50
15 Selección de tubos a cortar 50
16 Tubería cortada para muestra 51
17 Tubo nuevo con junta soldada radiografiada 51
18 Alimentador para máquina de soldar marca
Miller con accesorios 66
19 Amoladoras angulares 70
20 Junta para soldadura a tope de chapas 74
21 Junta en “V” para chapas y placas 74
22 Junta doble “V” para placas 74
23 Junta “U” para placas 75
24 Junta doble “U” para placas 75
25 Junta para caños con inserto consumible 76
26 Junta para caño sin inserto consumible 76
27 Procedimiento interno de soldadura en planta,
hoja 1 77
28 Procedimiento interno de soladura en planta,
hoja 2 78
29 Gases de protección a utilizar dependiendo
de la composición química del material 79
30 Corriente de transición para materiales de
distinta composición química 79
31 Terminología de los materiales utilizados en planta 80
32 Composición química de los materiales de aporte
utilizados en planta 82
33 Comparación de modos de transferencia de arco
en la soldadura TIG 84
34 Porosidad en un cordón de soldadura 86
35 Portada manual de normas de seguridad dadas por la
AWS 88
36 Código NFPA 89
37 Equipo de pistola ultrasónica 90
38 Ejemplo de reporte de análisis de tubería de caldera 91
39 Formato de medición de espesores de tubería de
caldera 92
40 Kit de instrumentación para la inspección visual 93
41 Aplicación de líquido penetrante en soldadura y
cordón revelado 94
42 Aplicación de líquido limpiador a pieza a examinar 95
43 Proceso de generación de vapor 95
ÍNDICE DE TABLAS
1 Eventos que conllevan una emergencia 12
2 Rangos de corriente permitidos para cada
diámetro de electrodo 21
3 Composición química de una tubería 22
4 Grados de protección para filtros en soldadura eléctrica 38
5 Diferentes tipos de energía utilizados en la
actualidad 54
GLOSARIO
Administrador de Mantenimiento: Persona que se encarga de planificar
y coordinar los mantenimientos de
equipos instalados en planta, así
como, el control de órdenes de trabajo
y tiempo realizados por cada técnico
involucrado
Álabe Se denomina a cada una de las
paletas curvas de una rueda hidráulica
API Instituto americano de petróleo (por
sus siglas en ingles American
Petrolium Institute)
AWS Sociedad Americana de Soldadura
(por sus siglas en ingles American
Welding Society)
Boroscopio Dispositivo de inspección óptica sin
contacto consistente en un tubo rígido o
flexible con un ocular en un extremo y
una lente de aumento en el otro. Los
boroscopios proporcionan una vista del
interior de agujero que de otra manera
sería difícil o imposible ver.
Carbón Combustible fósil de color negro que
se encuentra en minas con alta
propiedad de carbono
Carbón pulverizado Producto del paso del carbón por el
pulverizador que convertido en fino
tamizado sirve como combustible para
ser utilizado en la caldera
Contraste Es la diferencia de ennegrecimiento
producido por un cambio de espesor
Cordón de soldadura Hilera continua de puntos de soldadura
depositada apagando o no el arco
Defectos Carencia o imperfección de las
cualidades propias, en soldadura se
reconocen los END que se indique la
AWS que se pueda hacer
dependiendo del tipo de material
Procedimiento de soldadura Es el proceso operacional detallado a
seguir en la ejecución de una soldadura
especificando los metales de base, de
aporte, equipos, y personal capacitado
con el fin de obtener una soldadura de
excelente calidad
Proceso de soldadura Es una entre varias técnicas y formas
de realizar metódicamente y pasó a
paso la unión de dos o más metales,
existen muchos procesos de soldadura,
los procesos básico en nuestro estudio
es: GMAW
Pulverizador Equipo utilizado para transformar la
granulometría del carbón de ¾ de
pulgada, aproximadamente, a tamiz de
500 micrones
Quemador Dispositivo para quemar combustible
líquido, gaseoso y, algunas veces
sólidos, éstos producen calor,
generalmente, mediante una llama
Radiografía Es el resultado del proceso de la
técnica no destructiva, de examen de
las discontinuidades internas en
cualquier cuerpo, por la aplicación de
rayos X, gamma u otro, mediante de
fotografía con energía radiante
Socavadura Discontinuidad en forma de muesca
que se presenta en la raíz de la junta
soldada, en los empalmes en frió, entre
cordones y en el pie de la soldadura no
es aceptada por el código
Soldadura buena Es la soldadura con débiles
desviaciones de la homogeneidad, a
causa de uno o varios de los defectos
siguientes: inclusiones gaseosas,
inclusiones de escoria, falta de
penetración
Tratamiento térmico Obtención de las propiedades y las
condiciones deseadas de un metal con
la ayuda del calor controlándolo
adecuadamente
INTRODUCCION
Las calderas de vapor son equipos en los que se hace elevar la temperatura de
agua para producir vapor.
Durante su funcionamiento, la caldera está sometida interiormente a la
presión de equilibrio del agua y del vapor a la temperatura alcanzada. Los otros
elementos de la caldera recorridos por el agua o el vapor, a partir de la bomba
de alimentación que son: economizador y recalentador, están sometidos casi a
la misma presión, pero la temperatura del fluido puede ser inferior o superior a la
ebullición; buena parte del vapor producido se pierde a través de las fugas
existentes en los sistemas de distribución, incluyendo tuberías, válvulas y
purgadores, tambien por fugas ocasionadas por alguna erosión en la tubería de
pared, sobrecalentadores o cualquier sistema dentro de la operación de la
caldera. Las pérdidas incluyen, la energía perdida, el reemplazo del equipo
dañado y el uso excesivo de horas-hombre. Es frecuente descubrir pérdida en
sistemas de generación de vapor por valor de miles de dólares al año, por
ejemplo, un orificio de apenas 4 milímetros de diámetro en un conducto de
vapor, fuga aproximadamente 40 Kg. de vapor por hora a 10 bar de presión, esto
significa que en un año representa más de 300 toneladas métricas de vapor.
Para la mayoría de las empresas esta fuga representa un costo superior
promedio a 8000 dólares al año. La eliminación de las fugas visibles es fácil,
pero eliminar las fugas invisibles en tuberías, sobrecalentadores o cualquier
elemento que pierden vapor o las válvulas de by-pass que no cierran
correctamente, es tarea mucho más complicada. Más aún, si no se tiene un
adecuado programa de mantenimiento o un plan de contingencia de presentarse
una fuga o emergencia en la operación de la caldera.
Los efectos adversos que una fuga o desperfecto de la caldera pueden
generar sobre la operación eficiente de una planta, la seguridad de las personas,
el medio ambiente, pérdida de material o el daño a la operación de una
empresa, esta en función del tiempo y la capacidad de respuesta para su
control, mitigación y corrección. Cuanto mayor sea el tiempo de respuesta,
mayores serán los daños generados por la emergencia; por el contrario, cuanto
más efectiva y organizada sea la capacidad de respuesta ante una emergencia,
entonces mayor será el potencial para reducir la severidad del daño.
Como en toda planta la operación de la caldera se requiere que sea
eficiente por lo cual se hace necesario tener un plan de contingencia, el cual no
es más que, el conjunto de procedimientos que proponen acciones de respuesta
para afrontar de manera oportuna, adecuada y efectiva la ocurrencia de una
fuga, cambio de equipo o componente, incidente o emergencia. Las
contingencias están referidas a la ocurrencia de eventos que generen efectos
adversos sobre el equipo, el personal, la infraestructura y las operaciones por
situaciones de origen natural o mecanizado que están en directa relación con el
potencial de riesgo y vulnerabilidad del área y de las operaciones.
Este estudio especial de graduación tiene como objetivo proporcionar a la
planta una propuesta que contenga de forma ordenada todos los procedimientos
de soldadura, composiciones de materiales de los distintos tipos de tuberías que
se encuentran distribuidos en toda la caldera, procedimientos de seguridad
industrial al estar trabajando en la reparación de la emergencia, así a
mantenerse con una eficiencia del 95% de disponibilidad y evitar contingencias.
Claro está, que si esta guía y procedimientos no son difundidos, y no
existe una capacitación y entrenamiento en simultáneo con ejercicios de campo
al personal involucrado en las brigadas de emergencias, no tendrán ningún valor
real al producirse una fuga en operaciones, el éxito está en función a la
capacitación, entrenamiento y personal involucrado.
1
I. ASPECTOS GENERALES
1.1. Planteamiento del problema
En la industria de la generación eléctrica como una planta térmica, existe
equipo que es esencial para cumplir con los objetivos para lo cual esta
diseñada dicha planta, estos equipos deben de estar disponibles en óptimas
condiciones, el que la caldera sufra un desperfecto en cualquiera de sus
equipos auxiliares o en su propia estructura, representa pérdidas económicas,
que se derivan de no poder generar electricidad y pago de multas por
indisponibilidad, costos que a través del tiempo afecta la estructura económica
de la organización y el país en general.
Por diversas razones la planta no cuenta con un plan de contingencia
que le indique cómo reaccionar ante una fuga de vapor en operaciones
normales de la caldera, se han tenido emergencias y se ha sabido solucionar,
sin embargo, tal vez con un tiempo de reacción mucho mayor, que si se tuviera
un plan ordenado de cómo aplicar los procedimientos de soldadura y
tratamiento térmico dictados por las normas de la Sociedad Americana de
Soldadura AWS (American Welding Society, por sus siglas en ingles).
El no contar con herramientas que nos permita llevar un plan de
mantenimiento de clase mundial que incluye: plan de contingencia de cómo
responder al presentarse una falla en la caldera, mantenimientos preventivos y
predictivos, análisis de fallas, ensayos no destructivos, etcétera, nos conduce
a no poder garantizar la disponibilidad de la planta para poder generar la
demanda de energía para la que se construyó.
Es necesario contar con procedimientos precisos de operación diaria,
planes y procedimientos de cómo reaccionar ante una emergencia, planes de
mantenimiento que abarquen las tareas que corresponde a cada departamento:
eléctrico, mecánico, soldadura y servicios generales, éstos deben incluir la
función de cada técnico en su respectiva área de trabajo, las tareas de
2
operación normal y las de emergencia que se pueda presentar para poder
utilizarlos como guía ante la operación diaria y de emergencia.
1.2. Objetivos del trabajo
General
• Elaborar una propuesta para la unificación de los procedimientos de
soldadura junto a un plan de contingencia como guía de trabajo para el
reacondicionamiento de una pared de tubos de caldera acuatubular
marca DbReley con capacidad de producción de vapor de 1,000,000 de
libras de vapor por hora a 1,900 libras sobre pulgada cuadrada ubicada
en planta San José
Específicos
• Programar actividades ante una reparación de la caldera
• Establecer los procedimientos adecuados para la reparación de la
tubería de la caldera
• Conocer el personal técnico con el cual se trabajará durante la falla
• Analizar los aspectos económicos que implica una salida de línea por
causa de fugas en la tubería de la pared de caldera
• Establecer un plan de contingencia con procedimientos de respuesta
unificado para coordinar actividades para minimizar el tiempo de
repuesta ante una contingencia
• Involucrar a las personas ligadas al mantenimiento de planta
especificando la atribución de cada una dentro del plan, fortaleciendo
3
sus conocimientos mediante la capacitación y puesta en práctica del
plan de contingencia
• Conocer los diferentes equipos, maquinaria y procedimientos
establecidos por el manual del fabricante de cada componente;
conociendo su ubicación y como aplicarlo al presentarse una
contingencia
• Poner en práctica todos los conocimientos que se tienen de los
procedimientos de soldadura y tratamientos térmicos de los metales
• Diseñar un plan de contingencia para atender las emergencias y así
lograr los mejores beneficios para la planta
• Poner en practica las normas dadas por la AWS
• Proteger el ambiente como generadores de corriente para contribuir con
la conservación del medio ambiente, aplicando las normas establecidas
a nivel mundial, es parte esencial de la operación de planta
• Identificar los parámetros para prevenir una falla de desgaste en la
tubería de la caldera que pueda provocarnos una fuga de vapor antes de
que ocurra un siniestro
1.3. Justificación del trabajo
La planta cuenta con una caldera con capacidad de producción de vapor
de 1,000,000 libras por hora, a una presión de 1,900 libras por pulgada
cuadrada, capaz de mover la turbina para generar 128MW por las dimensiones,
diseño y costo de la misma solamente se cuenta con ésta, por lo que se hace
necesario un buen plan de mantenimiento para obtener su disponibilidad los
365 días del año.
4
En una planta térmica la caldera es el equipo fundamental para la
producción de vapor. La caldera con que se cuenta se montó en el año 1999 y
ha logrado producir la cantidad de vapor necesaria para inyectarlo en la turbina
y lograr la generación de 128MW por hora con escasas paradas por
emergencias o fugas en las tuberías, sin embargo, por el tiempo de trabajo es
necesario contar con un plan de contingencia para estar preparados y
reaccionar de manera rápida para reparar cualquier fuga que se tenga.
Al presentarse una falla en la caldera implica que la planta salga de línea
esto ocasiona pérdidas económicas, indisponibilidad y pago de multas por no
poder entregar la energía demandada, esto nos lleva a prestarle especial
atención a cualquier contingencia que se presente en la misma.
Para poder iniciar con los trabajos de reparación si se tuviera una falla
es necesario dejar que la caldera se enfríe, detectar la ubicación de la fuga por
medio de pistola ultrasónica e inspección visual, estos trabajos suman,
aproximadamente, doce horas mas el tiempo que se tomaría hacer la
reparación que incluye: el corte de tubo, la preparación del tubo, aplicación de
la soldadura y radiografía llevaría, aproximadamente, otras doce horas, más
diez horas de rampa de subida de carga nos da un total de 34 horas de
pérdidas de generación de vapor; al considerar el costo que actualmente se
tiene de Kw es aproximadamente $0.08 Kw/hr que multiplicados por la cantidad
de horas que se estará fuera de línea tendríamos pérdidas económicas altas.
Debido al tipo de operación mencionado, es necesario implementar los
procedimientos que permitan brindar una respuesta adecuada y oportuna, ante
una situación de emergencia, realizar el manejo eficiente de los recursos
internos como: mano de obra y herramienta, experiencia de campo,
conocimiento técnico de los materiales de fabricación de la tubería y coordinar
adecuadamente los apoyos externos que se requieran para lograr solventar
cualquier eventualidad que se presente, debido a la perdida económica que
representa y al compromiso de mantener una disponibilidad de 95% generación
eléctrica.
5
Dichos procedimientos nos ayudarían a
• Reducir tiempos muertos de generación
• Identificar personal calificado y herramienta disponible
• Tiempos máximos y mínimos para corregir cualquier falla
• Crear un manual de reacondicionamiento
• Conocer la composición química de la tubería de la pared de la
caldera
La propuesta del procedimiento a utilizar en el reacondicionamiento se
realizara basándose en las especificaciones del fabricante, normas de la AWS
y experiencia en el campo, de acuerdo a las necesidades de la planta.
1.4. Alcance del trabajo
El presente estudio pretende proporcionar un plan de Contingencia para
actuar adecuadamente ante las emergencias con potencial de daño a equipos,
personas, ambiente o bienes que pudieran generarse en las operaciones de
generación de energía, adaptado a normas establecidas por casa matriz,
manual de fabricante, por AWS y por experiencia propia.
El Plan de Contingencia se ha diseñado para cubrir los siguientes tipos de
emergencia, cuya posibilidad de ocurrencia ha sido observada durante
operación normal:
• Rotura de tubería de pared en caldera
• Deformación en las tuberías por sobrecalentamiento en la operación
• Localización de mano de obra para la reparación
• Materiales para la reparación
• Fuga de vapor en tuberías externas de la caldera
Su aplicación será responsabilidad del Jefe de mantenimiento,
Supervisores y personal a cargo de la aplicación de soldadura durante el inicio
de una emergencia o incidente.
6
Este plan debe cuantificarse para establecer la factibilidad de su realización,
por lo que, debe analizarse los costos de implementación, equipo y estructura.
El estudio se enfocara únicamente en cualquiera de las cuatro paredes
de tubos
La generación eléctrica producida en la planta representa el 35% del
consumo local y extranjero, es por esto que se hace necesario contar con todas
las herramientas necesarias para lograr mantenerse en una disponibilidad del
95%.
El contenido de este estudio abarca diferentes emergencias, pasos a
seguir y procedimientos a utilizar para solventarlas.
Con los resultados de este estudio especial de graduación se pretende
proporcionar estructura adecuada que cumpla con los procedimientos
establecidos por parte de gerencia y casa matriz.
7
2. MARCO TEÓRICO
2.1. Caldera
Equipo fundamental en planta que se utiliza como productor de vapor,
utiliza carbón mineral como combustible y su producción es a través de un
ciclo rankine, el cual, como todo equipo está sujeto a recibir mantenimiento
programado o cualquier reparación por emergencia; dichos trabajos requieren:
• Administrador de mantenimiento
• Planificación del mantenimiento programado
• Historial de reparaciones
• Análisis de costos involucrados tanto en mantenimiento como en
reparaciones
• Reporte de trabajos
2.2. Equipo crítico considerado en planta
En planta se identifica como equipo critico aquellos que presentan dos
características:
• Que no se tiene un equipo dual instalado o almacenado en
bodega
• El que de presentarse una falla saca de línea a la planta
afectando la producción de la misma
De no existir un plan de contingencia adecuado para afrontar una falla
en estos equipos provocaría que en planta se dejara de percibir ganancias por
no estar generando energía eléctrica, lo que significaría significativas pérdidas
monetarias para la empresa.
8
2.3. Conceptos de mantenimiento
Según Salih O. Duffuaa en su libro titulado Sistema de mantenimiento
planeación y control, define mantenimiento como la combinación de actividades
mediante las cuales un equipo o un sistema se mantienen en, o se restablece
a, un estado en el que puede realizar las funciones designadas.
La filosofía del mantenimiento de una planta es básicamente la de tener
un nivel mínimo de personal de mantenimiento que sea consistente con la
optimización de la producción y la disponibilidad de la planta sin que se
comprometa la seguridad industrial. Tal como lo explica John Dixon en el libro
titulado Sistema de mantenimiento.
2.4. Historial de mantenimiento de los equipos
El historial del equipo es un documento en el que se registra información
acerca de todo el trabajo realizado, contiene información acerca de todas las
reparaciones realizadas, el tiempo muerto, el costo de las reparaciones y las
especificaciones del mantenimiento planeado. Es necesario registrar lo
siguiente:
• Especificaciones y ubicación del equipo
• Inspecciones, reparaciones, servicio y ajustes realizados, y las
descomposturas y fallas con sus causas y las acciones
correctivas emprendidas
• Trabajo realizado en el equipo, componentes reparados o
reemplazados, condicione de desgaste o rotura, erosión,
corrosión, etcétera
• Mediciones o lecturas tomadas, tolerancia, resultados de pruebas
e inspecciones
• Hora de la falla y tiempo consumido en llevar a cabo las
reparaciones
9
Toda esta información servirá para que el planificador, pueda llevar el
control de mantenimiento de cada equipo y así poder llevar un costo exacto de
inversión en cada mantenimiento que se le realice y como se pueda ir
depreciando a lo largo de su funcionamiento.
2.5. Fuga en tubería de caldera
En el libro operadores de calderas industriales, Manuel Cáceres
Gallardo, define fuga en tubería de caldera como el escape de agua de trabajo,
agua tratada químicamente que se utiliza para la conversión o producción de
vapor, esta agua se eleva a una temperatura aproximada 750 grados
Fahrenheit para lograr llevarla a su punto de vaporización.
En muchos casos, la fuga no es de agua sino de vapor que es el que se
transporta a una elevada presión y se produce en las partes más delgadas de
la pared de la tubería.
2.6. Plan de contingencia
2.6.1. Conceptos
Según Jorge Enrique Vargas en su libro Políticas publicas para la
reducción de la vulnerabilidad frente a un desastre define al plan de
contingencia como un conjunto de procedimientos alternativos a la operación
normal, que le permitirá a su organización seguir operando, aún cuando
alguno de sus equipos deje de hacerlo por una falla.
Las causas pueden ser: un problema mecánico o natural, por parte de
terceros o la falta de provisión de servicios básicos (energía eléctrica,
combustibles, mala práctica de soldadura, etcétera).
El hecho de que se tenga un plan de contingencia no implica que se abuse
de confianza o se trabaje inadecuadamente, al creer que se puede solucionar
con sólo tener el plan. Por el contrario indica que es una planta previsora y que
10
podría cubrir las eventualidades internas como externas que se puedan
presentar en la operación de la caldera.
2.6.2. Análisis de riesgos potenciales
Según Ricardo Álvarez Cubillo en su libro Salud ocupacional define
riesgo como el efecto que pueden producir aquellos fenómenos y objetos,
sustancias, etcétera, a los cuales se les ha demostrado que poseen la
posibilidad de afectar un equipo o persona a la cual pueda generar enfermedad
o accidente.
Factores de riesgos, El factor de riesgo se define como aquel fenómeno,
elemento o acción de naturaleza física, química, orgánica, sicológica o social
que por su presencia o ausencia se relaciona con la aparición, en determinadas
personas y condiciones de lugar y tiempo, de eventos traumáticos con efectos
en la salud del trabajador tipo accidente, o no traumático con efectos crónicos
tipo enfermedad ocupacional.
El riesgo constituye la posibilidad general de que ocurra algo no
deseado, mientras que el factor de riesgo actúa como la circunstancia
desencadenante, por lo cual es necesario que ambos ocurran en un lugar y un
momento determinados, para que dejen de ser una opción y se concreten en
afecciones al trabajador.
Clasificación de los factores de riesgo laboral en la reparación de una
tubería dentro de caldera.
• Factores Físicos
• Exposición al ruido
• Iluminación inadecuada
• Vibraciones
• Temperaturas Extremas
• Radiaciones
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• Ionizantes: Rayos X - Isótopos Radioactivos
• No Ionizantes: Ultravioletas - Infrarrojos – Láser
• Presiones anormales
� Aire comprimido: perforación de túneles
� Aire enrarecido: altitudes elevadas
� Espacios confinados
• Factores Químicos
Se originan por el manejo o exposición de elementos químicos y sus
compuestos venenosos, irritantes o corrosivos, los cuales atacan directamente
el organismo.
De acuerdo a la forma como se presenta la sustancia:
• Aerosoles: Partículas sólidas o líquidas suspendidas en el aire
� Humos: Partículas sólidas (Combustión)
� Neblinas: Partículas líquidas (Pintura)
� Polvos: Partículas por manipulación de un sólido
• Líquidos: Tienen dos riesgos: el posible contacto y el vapor, ya
que donde hay líquidos hay vapor
• Gaseosos: Gases y vapores. Tienen gran capacidad de
dispersión
El conocimiento de los riesgos a los que nos enfrentamos, genera una
conciencia y cultura de prevención entre los trabajadores; por ello, la gran
importancia de localizar e identificar todos y cada uno de los riesgos intrínsecos
relacionados con la reparación de la tubería de la caldera.
2.6.3. Declaración y notificación de una emergencia
El proceso de notificación de una emergencia empieza con el reporte
inicial de la misma. Una vez confirmada la emergencia es responsabilidad del:
• Trabajador o testigo
12
• Supervisor de trabajo
• Ingeniero de área
La declaración es responsabilidad de los trabajadores o áreas
involucradas de dar la primera voz de alarma de cualquier emergencia
producida y será responsabilidad de gerencia dictaminar el nivel de la misma
para que se proceda con las coordinaciones correspondientes.
La notificación es responsabilidad del gerente de área o de planta,
proporcionar la información a casa matriz.
2.6.4. Evaluación y clasificación de una emergencia
Los factores que influyen en el nivel de emergencia son los siguientes:
• El grado de urgencia de la situación
• La habilidad de manejar la situación usando recursos locales de la
empresa
• La habilidad de manejar la situación con recursos externos
• El tiempo necesario para el reinicio de actividades
Dentro de la operación se pueden dar varios eventos que nos lleven a una
emergencia los cuales son:
EVENTOS FENÓMENOS NATURALES LABORALES
Mala operación del equipo Sismos Sabotaje
Explosión de una tubería Vandalismo
Mala limpieza de tuberías terrorismo
Desgaste de paredes
Mal control de mapeo
Fuente: manual de seguridad interno planta san José
Tabla 1. Eventos que conducen a una emergencia
13
La clasificación está de acuerdo a los niveles de incidencia estos pueden
ser:
• Nivel moderado : es cuando la emergencia puede ser controlada
internamente con los recursos de la empresa, leve daño a la propiedad y
equipo causados por defectos o fallas en el equipo; en este nivel no es
necesario activar el plan de contingencia, pues ya que el supervisor se
encarga de mitigar la emergencia.
• Nivel 2 : en este se activa el plan de contingencia y el supervisor de
trabajo es el encargado de administrarlo, puede haber pérdida de
maquinaria, caída de partes de las instalaciones; en este nivel puede ser
necesario resolverlo con recursos internos de la empresa y externos
(mano de obra, maquinaria, etcétera)
• Nivel 3: en este se debe de notificar al ingeniero de área, gerente de
operaciones y gerente de planta, ellos serán los responsables de decidir
el mejor momento para sacar la unidad de línea y administrar el plan de
contingencia para cubrir la emergencia.
2.6.5. Retroalimentación para la revisión y actuali zación del plan
Las revisiones ordinarias deben ser documentadas para poder obtener
un adecuado escenario y resultados esperados del plan. Las mejoras al plan de
contingencia deben ser registradas y comunicadas al equipo de contingencia
de la planta, para saber en que se está fallando y cómo corregirlo.
Será necesario retroalimentar el plan de acuerdo a los resultados
obtenidos en las pruebas o en la aplicación del mismo en una emergencia.
En la actualización del plan será necesario:
• Resultado de las emergencias atendidas
• Reacción ante una emergencia se cumple con el tiempo establecido
para resolver la falla
14
• El tiempo de respuesta de un apoyo externo es el adecuado para
resolver la falla
• Evaluación de prácticas y simulacros de campo
• Estadísticas de fallas de la caldera por explosión de tuberías
• Demostrar eficiencia para movilizar la respuesta necesaria dentro del
tiempo requerido
• Demostrar capacidad en las funciones y responsabilidades del personal
considerado dentro del plan de contingencia
• Demostrar capacidad de diagnóstico de falla de equipo (explosión de
tubería en caldera, un poro en la soldadura de alguna junta de tubería)
• Demostrar capacidad para la protección del medio ambiente y eco
sistema
La retroalimentación es necesaria en cualquier plan o proceso, mejoras en
varios puntos evaluados dentro del plan.
2.7. Soldadura
2.7.1. Definiciones
La soldadura: al igual que la mayoría de los procesos industriales y
disciplinas técnicas, posee sus propios términos especializados, mismos que
resultan necesarios para lograr una comunicación efectiva entre la gente que
de alguna manera está relacionada con los procesos, operaciones, equipo,
materiales, diseño y otras actividades pertenecientes a los métodos de unión
involucrados.
Héctor García, en su libro Inspección de soldadura, la define como la
unión localizada del metal producida por calentamiento apropiado, con o sin
aplicación de presión, y con o sin el metal de aporte, el metal de aportación
puede tener un punto de fusión aproximadamente igual al de metal base o por
debajo de éste, pero por encima de 800 grados Fahrenheit
15
Fuente: Inspección de soldadura, Pág. 79
Figura 1. Proceso de soldadura eléctrica
Soldadura por arco de tungsteno protegido con gas ( GTAW)
Se le conoce como Gas Metal Arc Welding (por sus siglas en ingles),
que es un proceso de soldadura por arco, el cual es establecido entre un
electrodo de tungsteno no consumible y el charco de soldadura. En este
proceso se emplea gas de protección, no se aplica presión y puede usarse con
o sin la adición del metal de aporte.
Por su versatilidad se emplea para soldar metales ferrosos y una gran
variedad de metales no ferrosos, como las aleaciones de cobre, níquel,
aluminio y magnesio, Este proceso es ampliamente utilizado para la unión de
metales refractarios (Tungsteno, Molibdeno, Tantalio y Cromo) y materiales
reactivos, que pueden oxidarse rápidamente a temperaturas elevadas (aún ya
solidificados) sino se protegen adecuadamente y pierden ductibilidad y
tenacidad si absorben impurezas tales como oxigeno hidrogeno y carbono.
16
Fuente: Inspección de soldadura, Pág. 94
Figura 2. Proceso de soldadura TIG
Las ventajas de utilizar este proceso:
• no produce salpicaduras por chisporroteo
• puede usarse con o sin metal de aporte según sea requerido por las
aplicaciones
• permite un excelente control de la penetración del paso de raíz
• permite un control preciso de las variables de soldadura
• no produce escoria
Las desventajas de este proceso:
• las relaciones depósito son menores con respecto de aquellas que se
obtienen con procesos de soldadura por arco que usan electrodos
consumibles
• La velocidad de soldadura es relativamente lenta
• Los costos de asociados con la soldadura de metales base de
espesores mayores de 3/8 “(10mm) son mayores que aquellos obtenidos
con los procesos por arco que emplean electrodos consumibles
17
Cilindro argon
Maneral
Ductos
2.7.2. Equipo básico de soldadura
El equipo básico empleado en este proceso consiste en una fuente
de energía de corriente constante, alterna (CA) o directa (CD), una
antorcha con electrodo de tungsteno incluido, suministro de gas de
protección (el cual incluye regulador presión y medidor de flujo) y
material de aporte cuando es requerido
Fuente: Inspección de soldadura, Pág. 94 Figura 3. Partes de un maneral de soldadura TIG Fuente: Inspección de soldadura. Pág. 45 Figura 4: Equipo básico para soldadura TIG
Manometros
Maquina de soldar
18
2.7.3. Ubicación de equipo
Actualmente, se cuenta con un cajón especial para equipo y
herramienta, dicho cajón se encuentra ubicado en el taller de soldadura,
en el se tienen:
• Dos equipos completos para soldadura TIG (electrodos no
consumibles, cerámicos, manerales rectos y con ángulo,
mangueras para gas, manómetros, gafas de seguridad, guantes)
• Un equipo para soldadura eléctrica (careta, guantes, picador,
mascarillas, una tenaza para conectar a tierra la pieza y un porta
electrodo, filtros de diferentes tonos)
• Un equipo de soldadura y corte oxiacetileno (manómetros, un
juego de mangueras, boquillas de diferente número para soldar,
antorchas para calentar piezas y manerales de corte)
• Herramienta y equipo de desbaste
• Equipo de seguridad industrial
Dicho cajón se encuentra bajo llave, las únicas personas que cuentan
con dicha llave es el ingeniero de campo, asistente de ingeniero de
mantenimiento, supervisor de turno y el encargado de soldadores. El cajón se
encuentra inventariado y se revisa una vez al mes que el equipo esté completo
y, si existe probabilidad de prueba, se realiza bajo la supervisión del ingeniero
de mantenimiento.
Además, dicho cajón está debidamente identificado y se encuentra
accesible para que un montacargas lo pueda trasladar a un área más cercana
de donde pueda ocurrir una contingencia en la caldera.
19
Fuente: taller de soldadura, planta san José
Figura 5. Cajón de almacenaje de equipo de soldadura
2.7.4. Personal de planta (soldadores de primera)
Un soldador de primera es un trabajador técnico altamente especializado
cuya función principal, consiste en controlar y asegurar efectivamente la calidad
de los trabajos de fabricación, construcción y montaje de equipos, estructuras e
instalaciones en las que intervienen operaciones de soldadura.
El propósito fundamental de un soldador certificado, como lo establece
la AWS, es el de realizar las ensambladuras soldadas que cumplan los
requisitos de aceptación de un código o norma específica o los de algún otro
documento.
Dicho soldador debe estar familiarizado con los procesos de soldadura
y corte, calificación por parte de inspectores de soldadura y manejo de personal
relacionado con dicha área, además debe conocer la metalurgia de los
20
metales, metales base y de aporte; debe ser capaz de leer e interpretar dibujos
y planos, preparar y mantener registros y hacer reportes y juicios responsables.
2.7.5. Personal contratista
Al igual que los soldadores de planta, el personal contratista nos ayuda a
solucionar cualquier contingencia que se presentara en una pared de tubos de
la caldera.
A la empresa que proporciona el personal se le exige que presente las
certificaciones recientes de cada soldador 6 meses, además de permitir que se
les realice una prueba previa a aplicar su técnica en la unión de las tuberías.
Dichos soldadores deben de poseer certificación de la AWS, bajo los
códigos API 1104 o AWS 1.1.
Cuando se solicita el apoyo de personal contratista es debido a que la
falla es demasiado grande y nuestro personal no es suficiente para cubrir los
turnos de reparación, por lo regular, se le exige al contratista que incluya el
equipo grande como máquina de soldar y sus propias manerales pues ya que
la mayoría de soldadores están acostumbrados a trabajar con su propio equipo.
Cada soldador externo (contratista) debe recibir antes de iniciar cada
trabajo una serie de pláticas de seguridad antes de arriesgar la integridad física
de su personal, sin importar el tiempo que se pueda utilizar al recibir cada
plática, lo importante es trabajar seguro y sin lamentaciones posteriores.
Lo aconsejable es tener identificadas empresas externas que presten el
servicio de soldadura, a las cuales se les pueda confiar los trabajos.
21
2.7.6. Materiales de aporte
Los electrodos no poseen forma antes de ser usados, se les debe dar
forma mediante mecanizado, desbaste o fundido, los formatos pueden ser tres:
punta cónica, media caña y esférica, tal como se observa en la figura siguiente:
Fuente: Inspección de soldadura. Pág. 90
Figura 6 . Formas de electrodo tungsteno
Los diámetros de los electrodos de tungsteno se seleccionan en función
de la corriente admisible empleada para la realización de la soldadura:
Espesor
(mm)
Corriente
(ampere)
Electrodo
(mm)
Aporte
(mm)
1.00 35 1.6 1.6
1.60 50 1.6 1.6
2.00 75 2.4 2.4
2.50 100 2.4 2.4
3.20 125 3.2 3.2
6.35 175 3.2 3.2
Fuente: inspección de soldadura. Pág. 87
Tabla. 2 Rangos de corriente permitidos para cada diámetro de
electrodo.
Punta cónica 60 grados
Media caña
Punta esférica
22
2.7.7. Composición química de las tuberías de la ca ldera
Debido a que los metales puros presentan propiedades
mecánicas pobres, rara vez tienen aplicaciones industriales, pero se ha
desarrollado una gama muy amplia de aleaciones con propiedades
específicas adecuadas para aplicaciones industriales particulares.
En términos generales, las aleaciones son mezclas de un metal
base (presente en mayor proporción) con otro u otros elementos
metálicos o no metálicos, mismos que influyen en las propiedades de los
metales (sobre la dureza o resistencia a la corrosión, por ejemplo).
Dependiendo de la composición química de un tubo podemos
saber el tipo de metal con el que se está trabajando tal como se observa
en la tabla siguiente:
Fuente: reporte de laboratorio, planta san José
Tabla 3. Composición química de una tubería.
Esta composición química indica que estos muy posiblemente
corresponden con la especificación SA 178A o un SA-192, los cuales
son comúnmente empleados como materiales de pared de agua en
generadores de vapor.
2.7.8. Procedimientos de soldadura establecidos por la AWS
Dependiendo de los trabajos a utilizar, la AWS recomienda
distintos procedimientos de soldadura los cuales dependiendo bajo que
norma y código son aplicables a la soldadura de la tubería de caldera.
Actualmente, nos basamos en el código de la AWS API 1104, código
que rige las normas de tuberías y recipientes a presión.
C S Si Mn P Fe Tubo 1 0.09 0.024 0.18 0.43 0.025 Bal Tubo 2 0.10 0.022 0.20 0.41 0.022 Bal
23
Existen variables diversas para cada método de soldadura, dentro
de todas ellas se pueden mencionar:
• Espesor de la pieza
• Calidad del acero al soldar
• Piezas con bordes preparados o no para recibir la
soldadura
• Intensidad de la corriente
• Velocidad de avance
En la norma API 1104 de la AWS se establece una serie de
prescripciones generales para que las uniones por soldadura posean la
resistencia prevista.
Estas prescripciones indican:
• La limpieza de los bordes a soldar
• La calidad y estado de uso de los electrodos
• El precalentamiento del material para espesores considerables
• Orden de ejecución de los cordones
• Eliminación de escoria
• Condiciones del enfriamiento
Para las soldaduras es importante preparar los bordes, tareas previas
necesarias para espesores entre 7 y 10 mm según la clase de electrodo a
emplear.
El Procedimiento de Soldadura se realiza complementando las normas
mencionadas, sobre todo para soldaduras que puedan presentar dificultades.
En estos casos se fijan los parámetros específicos que ameritan, se realiza una
muestra a tamaño real y, luego, se procede al ensayo con la muestra.
Si el conjunto con la unión conservan las mismas características que el
material base (en relación al límite elástico, tensión de rotura, plegado,
resistencia, etcétera), entonces se ha definido un procedimiento de soldadura.
24
2.7.9. Tratamiento térmico a utilizar según fabrica nte
El tratamiento térmico en el material es uno de los pasos fundamentales
para que pueda alcanzar las propiedades mecánicas para las cuales está
creado. Este tipo de procesos consisten en el calentamiento y enfriamiento de
un metal en su estado sólido para cambiar sus propiedades físicas. Con el
tratamiento térmico adecuado se pueden reducir los esfuerzos internos, el
tamaño del grano, incrementar la tenacidad o producir una superficie dura con
un interior dúctil. La clave de los tratamientos térmicos consiste en las
reacciones que se producen en el material, tanto en los aceros como en las
aleaciones no férreas, y ocurren durante el proceso de calentamiento y
enfriamiento de las piezas, con unas pautas o tiempos establecidos.
Para conocer a qué temperatura debe elevarse el metal para que se
reciba un tratamiento térmico es recomendable contar con los diagramas de
cambio de fases como el de hierro–carbono. En este tipo de diagramas se
especifican las temperaturas en las que suceden los cambios de fase (cambios
de estructura cristalina), dependiendo de los materiales diluidos.
Los tratamientos térmicos han adquirido gran importancia en la industria en
general, ya que con las constantes innovaciones se van requiriendo metales
con mayores resistencias tanto al desgaste como a la tensión. Los principales
tratamientos térmicos son:
• Temple
• Revenido
• Recocido
• Normalizado
Dentro de una caldera los aceros que conforman las distintas tuberías
son varios, cada uno con distinta composición química y distinta forma de
reparación.
En especial nos referiremos a la tubería denominada T91 la cual su
procedimiento térmico recomendado por la AWS esta dado por la curva de la
“S”.
25
2.7.10. Ensayos no destructivos (END)
Los ensayos no destructivos son definidos, por la norma ANSI/AWS
A3.0, como el objeto de determinar la adecuación de algún componente o
material para su propósito previsto empleando técnicas que no afectan su
utilidad. En el contexto del código de la sociedad americana de ingenieros
mecánicos por sus siglas en ingles (ASME, American society Mechanical
Engineer), para calderas y recipientes a presión, se estipula que las actividades
de control de calidad incluidas en las pruebas no destructivas deben referirse
como exámenes si éstas son realizadas por parte del fabricante o contratista
que produce los bienes, y que el término inspección queda reservado para las
actividades que realiza el inspector autorizado ASME.
Los ensayos no destructivos END no inutilizan las piezas sometidas a
ensayos ni afectan de manera permanente su propiedades; su finalidad es
evaluar la sanidad de las piezas inspeccionadas, esto es, su homogeneidad y
continuidad, y de esta manera, contribuyen al cumplimiento de los requisitos de
calidad y, por lo tanto, al aseguramiento de la integridad y confiabilidad de las
partes examinadas.
Existen varios métodos de ensayos no destructivos (END) los cuales
citamos a continuación:
• Inspección visual
• Líquidos penetrantes
• Partículas magnéticas
• Ultrasonido
• Radiografía
• Detección de fugas
• Pruebas térmicas e infrarrojas, etcétera
En este estudio se citará prueba de radiografía porque esa exige la
norma de la AWS del código API 1104.
26
La radiografía, es un método para detectar discontinuidades internas y
superficiales en juntas soldadas y piezas forjadas o fundidas, además de
usarse en otro tipo de aplicaciones como médicas y de investigación.
En radiografía se emplea radiación para penetrar los objetos a examinar
y producir una imagen de su interior, misma que se fija en algún medio de
registro (película fotográfica o papel sensitivo) o puede ser desplegada en una
pantalla fluorescente. En la mayoría de los procesos radiográficos
convencionales involucran el empleo de radiación electromagnética y el registro
de la imagen en película radiográfica.
En términos generales, este proceso es similar a la fotografía, con la
diferencia principal que en radiografía se emplean rayos x o rayos gamma,
cuya naturaleza es similar a la luz visible pero poseen menor longitud de onda
y mayor energía.
La inspección básica por medio de radiografía requiere de los siguientes
elementos esenciales siguientes:
• Una fuente de radiación
• El objeto a radiografiar
• El medio de registro o el dispositivo para desplegar imágenes
• Personal calificado
• Los recursos para procesar la película
• Personal certificado para interpretar las imágenes radiografiadas
La principal ventaja es que puede detectarse discontinuidades internas y
superficiales.
Y como principal desventaja es que se requiere tener acceso por dos
lados opuestos del objeto a inspeccionar además de requerir personal
altamente entrenado capacitado y con experiencia.
27
2.7.11. Resultados de la soldadura
Luego de la aplicación de normas dadas por la AWS y el seguimiento de
procedimientos establecidos, tanto por la empresa como por la AWS, lo que se
espera de toda soldadura es que pueda ser radiografiada y demostrar que no
quedaron poros o discontinuidades que afecten la estructura del material
soldado y pueda ocasionar otros daños a la caldera, sin embargo, para poder
estar seguros de que la soldadura aplicada puede ser autografiada y certificada
es recomendable seguir una serie de pasos previos y durante el desarrollo del
trabajo, como por ejemplo:
• Examinar la apariencia final de las soldaduras
• Medir el tamaño final de las soldaduras
• Determinar la longitud de las soldaduras
• Verificar la precisión dimensional de las piezas soldadas
completas, ya que aunque las uniones soldadas no presenten
defectos, si las piezas están fuera de las tolerancias
dimensionales especificadas, no son útiles para el servicio para el
cual fueron diseñadas y deben rechazarse
• Verificar las actividades de reparación y reinspección
• Asegurarse que las estructuras completas o uniones soldadas se
sometan al tratamiento térmico posterior como (relevado de
esfuerzos la mayoría de veces especificado)
• Verificar que la limpieza previa y posterior a las pruebas es la
adecuada
• Recopilar, distribuir y archivar la documentación de resultados de
la soldadura (reportes, certificados, y registros) de fabricación e
inspección requerida
• En términos generales, verificar el cumplimiento de las partes
fabricadas con respecto a las normas y dibujos
28
2.8. Localización de fallas
2.8.1. ¿Qué es una falla en una pared de tubos?
De acuerdo a literatura especializada y análisis de fallas ejecutados en
cualquier industria del mundo, los modos de fallas comunes en tuberías de
caldera acuatubulares son fractura por creep (fluencia), fatiga térmica o
sobrecalentamiento de corta duración, así como la corrosión por picadura o
generalizada tanto desde el lado de aguas como de fuegos.
Para determinar el mecanismo de falla que se presente en un
determinado caso, se recomienda llevar a cabo análisis métalográficos, de
composición química de residuos de corrosión o depósitos si los hay, y de
composición del agua de alimentación y del combustible, esto para detectar
posibles degradaciones de los tubos por sobre temperatura; identificar especies
químicas corrosivas o corroborar materiales.
Las calderas al ser recipientes a presión deben construirse bajo normas
especializadas, de las cuales las generadas por la ASME son las más
utilizadas en nuestro medio.
2.8.2. Métodos para la detección de fallas
La falla de tuberías en generadores de vapor a base de combustibles
fósiles ha sido un problema concurrente a lo largo de varias décadas,
independientemente, de su capacidad de generación de vapor.
Existen métodos para mitigar este problema de deterioro, tales como:
adición de aditivos en el combustible, selección de materiales, diversos
sistemas de recubrimientos y lavados químicos de las superficies internas de la
tubería. Posible causa del deterioro observado, así como posibles alternativas
de solución.
29
Existen métodos para localizar una falla en una pared de tubos en una
caldera, esto puede ser por medio de una inspección visual o por medio de
aparatos como la pistola ultrasónica.
2.8.3. Método por pistola ultrasónica
Con este método, al realizar las aplicaciones típicas podemos hacer de
una mejor manera el mantenimiento predictivo útil para la planta, además de
que puede ser utilizado para poder escuchar a ciertas frecuencias las fugas de
vapor en cualquier parte de la caldera.
Este método estudia las ondas de sonido de baja frecuencia producidas
por los equipos que no son perceptibles por el oído humano.
Ultrasonido pasivo, es producido por mecanismos rotantes, fugas de
fluidos, pérdidas de vacío; también podemos decir que ultrasonido pasivo es la
tecnología que permite captar el ultrasonido de diversas fuentes.
El ultrasonido permite:
• Detección de fricción en maquinas rotativas
• Detección de fallas y/o fugas en válvulas
• Detección de fugas de fluidos
• Perdidas de vacío
• Detección de arco eléctrico
El sonido cuya frecuencia está por encima del rango de captación del
oído humano (20 a 20,000 Hz) se considera ultrasonido. Casi todas las
fricciones mecánicas, arcos eléctricos y fugas de presión o vacío producen
ultrasonido en rango aproximado a los 40 Khz. frecuencias muy aprovechables
en el mantenimiento predictivo, puesto que las ondas sonoras son de corta
longitud atenuándose rápidamente sin producir rebotes; por esta razón, el ruido
ambiental por más intenso que sea, no interfiere en la detección del
30
ultrasonido. Además, la alta direccionalidad del ultrasonido en 40Khz., permite
con rapidez y precisión la ubicación de la falla.
La aplicación del análisis por ultrasonido se hace indispensable en la
detección de fallas existentes en equipos rotantes que giran a velocidades
inferiores a 300rpm, donde la técnica de medición de vibraciones se transforma
un procedimiento ineficiente.
De modo que la medición de ultrasonido es, en ocasiones,
complementaria con la medición de vibraciones, que se utiliza sobre equipos
rotantes que giran a velocidades superiores a las 300 rpm.
2.8.4. Método por inspección visual
La inspección o examen visual es el método no destructivo más
ampliamente usado en la industria; casi el 80% de las discontinuidades,
defectos y deficiencias identificadas por medio de exámenes no destructivos se
detectan con esta técnica.
Las normas sobre la capacitación, calificación y certificación del personal
se refieren a la inspección visual en un sentido amplio que involucra diferentes
tipos de materiales y procesos de fabricación, y no solamente los relacionados
con la soldadura y otros métodos de unión.
La inspección visual se emplea principalmente para dos propósitos:
• Examen de superficies accesibles o expuestas de objetos opacos, lo
que incluye la mayoría de materiales y de productos terminados y
parcialmente ensamblados
• Examen del interior de objetos transparentes, tales como el vidrio, el
cuarzo y algunos plásticos, líquidos y gases, vapor, etcétera
Para muchos objetos a examinarse, la inspección visual puede
emplearse para determinar aspectos como la cantidad y forma, el tamaño, el
31
acabado superficial, la reflectividad, características del color, adecuación,
características funcionales y la detección de discontinuidades e imperfecciones
superficiales.
La inspección visual se emplea ampliamente en diversos campos y
sectores de la industria como: siderurgia, generación de energía eléctrica,
aeronáutica, cerámicas, plásticos, etcétera.
Las ventajas de utilizar este método son:
• Puede utilizarse antes, durante y después de la fabricación
• Mediante la inspección visual se detectan la mayor parte de las
discontinuidades y se obtienen indicios de otras posibles
discontinuidades, que de existir se detectarían más fácilmente con
otros métodos
• El costo de esta inspección es menor que el de cualquiera de
algún otro método de ensayo no destructivo
• Posibilita la reducción de costos y tiempos de fabricación
Dentro de sus limitaciones tenemos:
• Los beneficios que se pueden obtener de la inspección visual
dependen de la experiencia y los conocimientos de soldadura e
inspección que posea el inspector
• Para que resulte efectiva, el inspector debe estar familiarizado
con los materiales, productos, requisitos, normas, procesos y
procedimientos de soldadura involucrados con cada asignación
específica de trabajo
• Este método está limitado a la detección de discontinuidades que
afloran a la superficie
La inspección visual se hace a simple vista y, por lo tanto, no requiere
de equipo alguno, aunque a veces se hace necesario o conveniente el empleo
de espejos, lupas, endoscopios y métodos de registro fotográfico o vídeo.
32
2.8.5. Método por medición de espesores
Este estudio o medición, sirve para poder calcular el espesor real de un
equipo, para determinar si dicho material, aún nos servirá para el trabajo que
deseamos, o si soportará la presión con los fluidos que va a conducir o
contener.
Evitando los siguientes riesgos:
• Deformaciones
• Fugas o fisuras
• Explosión
Los medidores mecánicos convencionales (Micrómetros) permiten medir
espesores en el rango entre 0.01 y 25 mm con una exactitud de algunos
micrómetros. La medición de espesores se puede efectuar con una precisión
de algunas decenas de nanómetros.
El equipo para el monitoreo que nuestra empresa emplea es el
"espesímetro" o medidor de espesores T-Mike EM+, con este equipo se puede
medir espesores desde 0.1 a 50.00 mm. Por tanto, es ideal para realizar este
tipo de mediciones.
En muchas aplicaciones, la primera ventaja que brindan las pruebas no
destructivas es la posibilidad de medir con precisión el espesor de paredes en
situaciones en las que sólo un lado de la pieza a examinar es accesible, como
en los tubos o tanques, o también donde las simples mediciones mecánicas
son imposibles o difíciles de realizar debido a diferentes razones, como las
dimensiones de las pieza o la dificultad de acceso. Los medidores de espesor
por ultrasonido se pueden emplear en prácticamente todos los materiales
industriales, incluyendo en la mayoría de los metales, plásticos, vidrio,
cerámica, caucho, fibra de vidrio y materiales compuestos.
Para lograr un eficiente mantenimiento predictivo y saber el espesor de
nuestras paredes de tubos, se realiza esta medición cada paro de
33
mantenimiento programado, en el cual se llevan las lecturas de la siguiente
forma:
UT= punto de medicion
Fuente: formato de medición de espesores planta san José
Figura 7. Esquema de medición de espesores de tubería de caldera
Con base en este diseño se programa una ruta de mantenimiento en
todas las paredes de la tubería la cual se van tabulando los datos y se hace
comparación de espesores entre un semestre a otro, comparados con el
espesor de un tubo nuevo.
2.8.6. Análisis metalúrgicos
El examen metalúrgico incluye la observación microscópica para determinar
el mecanismo y el sitio de inicio de la falla [falla termomecánica (TMF), fractura
por fluencia (creep), corrosión, sobrecalentamiento, oxidación/corrosión]. Se
realizan pruebas mecánicas y químicas para determinar si las propiedades del
material cumplen con las especificaciones.
Los recursos de inspección metalúrgica incluyen entre otros, microscopios
electrónicos y escáner óptico (SEMs, por sus siglas en inglés), para identificar
los modos de falla ya sea en materiales, recubrimientos, soldaduras, análisis de
falla y evaluación de vida útil de componentes.
34
Actualmente se hace en planta un estudio metalografico de las paredes
de las tuberías que consiste en: enviar a laboratorio una muestra de tubería de
3 pies de largo, para ser analizada visualmente y fotografiada para saber las
condiciones en la cual está la tubería, se corta un anillo de cada muestra y se
analiza por medio de técnicas de laboratorio estándar, se evalúa la superficie
externa e interna para observar incrustaciones y desgastes producidos por
fricción.
Fuente: tubería de sobrecalentador utilizado en planta san José
Figura 8. Muestra de tubería para análisis metalúrgico
El no poseer un análisis metalúrgico adecuado o un mantenimiento
predictivo con varios ensayos no destructivos, se corre el riesgo de tener fallas
que afecten la operación y el equipo tal, como se muestra en la figura siguiente,
que por falta de una lectura adecuada de espesor sucedió una explosión en la
tubería teniendo que cambiar todo el sobrecalentador.
35
Fuente: tubería de sobrecalentador fallada de caldera, planta san José
Figura 9. Tubería de sobrecalentador fallada por desgaste
La tubería de cédula 80 quedó totalmente entorchada y fuera de servicio,
dañando a otras piezas dentro de la caldera.
2.9. Seguridad industrial
2.9.1. Definiciones
Según página en Internet www.mitecnologico.com define la seguridad
industrial como: una ciencia multidisciplinaria dentro de una empresa
encargada de velar por que se cumplan todas las normas establecidas o
reguladas por asociaciones externas tales como la OSHA, que son normas que
velan porque la seguridad sea primero, antes de cualquier trabajo asignado.
2.9.2. Seguridad en la aplicación de soldadura
La soldadura está relacionada con casi todas las actividades
industriales, además de ser una importante industria en sí misma. Gracias al
desarrollo de nuevas técnicas durante la primera mitad del siglo XX, la
36
soldadura sustituyó al atornillado y al remachado en la construcción de muchas
estructuras.
Existen diversos procesos de soldadura, los que difieren en el modo en
que se aplica la energía para la unión. Así, hay métodos en los que se
calientan las piezas de metal hasta que se funden y se unen entre sí también
que se calientan a una temperatura inferior a su punto de fusión y se unen o
ligan con un metal fundido como relleno. Otro método es calentarlas hasta que
se ablanden lo suficiente para poder unirlas por martilleo; algunos procesos
requieren sólo presión para la unión, otros requieren de un metal de aporte y
energía térmica que derrita a dicho metal, entre otros.
La mayoría de los procesos de soldadura, requieren la generación de
altas temperaturas para hacer posible la unión de los metales envueltos. El tipo
de fuente de calor es básicamente lo que describe el tipo de proceso, por
ejemplo:
• Soldadura blanda
• Soldadura fuerte
• Soldadura por forja
• Soldadura con gas (oxiacetilénica)
• Soldadura con resistencia
• Soldadura por inducción
• Soldadura por arco eléctrico.
Los peligros relacionados con la soldadura suponen una combinación
poco habitual de riesgos contra la salud y la seguridad. Por su propia
naturaleza, la soldadura produce humos y ruido, emite radiación, hace uso de
electricidad o gases y puede provocar quemaduras, descargas eléctricas,
incendios y explosiones.
Algunos peligros son comunes tanto a la soldadura por arco eléctrico
como a la realizada con gas y oxígeno.
37
Los peligros asociados con la tarea de soldar incluyen:
• El propio arco de soldadura cuya temperatura puede alcanzar 6000
grados centígrados
• Los rayos ultravioleta e infrarrojo pueden ser nocivos para el
soldador y para las personas de su entorno. No es raro encontrar
soldadores con quemaduras parecidas a las quemaduras producidas
por el sol
• Los humos: su composición depende del material que está siendo
soldado. El componente principal es el hierro, pero otros
componentes en menores cantidades pueden representar un serio
riesgo para la salud (como el manganeso y el plomo); el níquel y el
cromo son cancerígenos
• La combinación de calor y gases puede suponer un riesgo de
explosión
• En ambientes con elevadas temperaturas no se debería trabajar con
soldadura
Para poder prevenir cualquier riesgo que exponga la salud ocupacional
dentro del trabajo de aplicación de soldadura es necesario tener prevención.
Prevención
• Es informar sobre los riesgos específicos del tipo de soldadura
que se utiliza
• Usar la técnica menos contaminante (por ejemplo pasar de la
soldadura electrodo revestido a la de arco sumergido)
38
• Mantener una buena ventilación del local y aspiración localizada
de potencia suficiente para llevarse los humos
• Limpiar o pulir las piezas antes de soldar para eliminar los aceites,
barnices, disolventes
Utilizar equipo y ropa protectora. El equipo incluye: un casco con careta
protectora de un cristal filtrante, como lo observamos en la siguiente tabla:
Fuente: inspección de soldadura. Pág. 75
Tabla 4. Grados de protección para filtros en soldadura electrica
guantes resistentes, un delantal de cuero; botas y polainas de cuero, Para
asegurar su longevidad y capacidad de protección, todo el equipo y ropa
protectora debe mantenerse limpio y en orden.
39
Fuente: tecnología de soldadura. Pág. 12
Figura 10. Equipo de protección adecuado para un soldador.
¿Qué significa evitar riesgos?
• Repasar las hojas de datos de seguridad del producto MSDS (por sus
siglas en ingles Material Safety Data Sheet), estas hojas deben de
contestar las siguientes preguntas:
o ¿Qué es?
o ¿Quién lo fabrica o distribuye?
o ¿En donde se localizan?
o ¿Por qué es peligrosa la sustancia?
o ¿Cómo se puede exponer la persona al peligro?
o ¿Qué condiciones aumentan el peligro?
o ¿Cómo se maneja la sustancia en forma segura?
o ¿Qué medidas hay que tomar en caso de exposición?
o ¿Qué debe de hacerse en caso de derrame o emergencia?
Estas hojas deben de mantenerse en un lugar accesible y en la bodega
de almacenaje donde se encuentre el producto, el ingeniero de seguridad
Extractor de humos
Careta
Guantes
Gabacha
40
será el encargado de verificar y poner en práctica lo que contenga cada
MSDS de los materiales que se estén trabajando.
• Limitar la exposición al producto
• Mantenerse en dirección opuesta al viento para evitar la exposición
peligrosa
• Asegurarse de que los medios para controlar el peligro, como
ventiladores, estén funcionando bien
• Ponerse equipo de protección (respiradores, protectores para la piel,
guantes, polainas, gabachas)
• No demorar en poner queja a su supervisor sobre algún problema de
salud
Fuente: manual de seguridad industrial 3M Figura 11 . Equipo para evitar riesgos a la salud
Gabacha
Polainas
Mascarillas con auto filtrante
Extractores de humos
Careta
Guantes
41
2.9.3. Seguridad en la aplicación de ensayos no des tructivos
Los ensayos no destructivos son un método utilizado para asegurar la
integridad de las soldaduras en acero, titanio, aluminio, etcétera, es posible
detectar grietas, porosidades, penetraciones incompletas, inclusiones,
socavamientos y defectos similares que pueden comprometer la resistencia de
la soldadura.
En nuestro caso nos referiremos al ensayo no destructivo como lo es la
radiografía y la seguridad que se debe de tener en cuenta al practicarla.
La humanidad ha estado siempre expuesta a la radiación ionizante de
los rayos cósmicos y de otras substancias radiactivas que se dan en la
naturaleza.
En general, los programas de protección contra las radiaciones se
atienen al principio de que cualquier radiación ionizante es perjudicial, sin
embargo, para propósitos prácticos, y como la experiencia y la investigación
han demostrado que si la exposición se mantiene por debajo del nivel no se
producen efectos perjudiciales aparentes en el individuo.
Fuente: www.preventionworld.com
Figura 12. Radiaciones admisibles
42
Los equipos recomendados para la aplicación de la radiografía son los
siguientes: dosímetros de cristal, dosímetros, cámaras de ionizacion, contador
geiger, contadores proporcionales, contador de destellos. El más utilizado en la
radiografía aplicada a la tubería es el dosímetro de bolsillo que es un
instrumento de medición directa, utilizado para medir la radiación X y gamma.
Puede ser adaptado para medir radiación de neutrones, en general, se utilizan
dos dosímetros de bolsillo en el mismo individuo, para reducir la posibilidad de
una falsa lectura cuando se toman las mediciones.
2.9.4. Normas aplicadas a la protección del medio a mbiente
La necesidad de proteger el medio ambiente se tiene que convertir en
hechos y no sólo palabras, más aún los principios de desarrollo sustentable lo
requieren, las normas ISO 14000 requiere la participación de todo el ciclo
operativo de la organización y va mucho más allá del concepto de control y
otros establecido por otras normas. En ISO 14000 donde calidad y ambiente
es responsabilidad integral de todos dentro de una organización. La Normativa
Internacional aplica a todo tipo de organización y empresa ya sea servicio,
manufactura (como fabricantes de productos), bancos, hospitales, aerolíneas,
gobierno, departamentos de defensa nacional, etcétera. ISO 14000 requiere
que se demuestre la responsabilidad mediante los requerimientos establecidos
en la Normativa Internacional ISO 14001 contemplando la reglamentación y
estatutos aplicables al alcance de la gestión operativa y comercial de la
organización
Como la planta San José se esfuerza por el buen manejo de la materia
prima al iniciar el proceso, durante la operación y finalizado el proceso de
generar energía, para contribuir con la no contaminación del ambiente. Para
ello se tiene una casa de filtros la cual es capaz de captar la ceniza y finos que
puedan acompañar a los gases de escape y así evitar la contaminación a los
alrededores.
Además de ello, contamos con una pila debidamente aislada de la tierra
forrada con geotextil para almacenar todo el material de desecho que se tiene.
43
En cada procedimiento nos basamos a las normas establecidas en la
ISO 14001 además de un estudio de impacto ambiental que lo demanda el
gobierno y las autoridades que se ocupan del medio ambiente.
El sistema de evaluación de impacto ambiental: por su alcance y
oportunidad es similar a un estudio de factibilidad técnica o financiera pero
referida al contexto medio ambiental. Mediante este Sistema se obliga a los
proyectos de inversión significativos (de tamaño considerable) tanto públicos
como privados, previo a su ejecución, someterse a un testeo de impacto
ambiental, a través de un estudio de impacto ambiental, lo que determinará la
viabilidad ambiental del proyecto.
Estudio de Impacto Ambiental (EIA, por sus siglas en ingles): es un
estudio acabado y pormenorizado de un proyecto o actividad que se pretenda
llevar a cabo, debe proporcionar antecedentes que permitan predecir,
identificar e interpretar claramente el impacto ambiental, además de
fundamentar las acciones que debe ejecutar el inversionista para impedir o
minimizar algún efecto adverso que signifiquen la puesta en marcha del
proyecto.
Los proyectos de inversión que deberán obligatoriamente presentar un
Estudio de Impacto Ambiental, serán los que presenten las siguientes
características:
1- Riesgo para la salud de la población, debido a la cantidad y
calidad de efluentes, emisiones o residuos
2- Efectos adversos significativos sobre la cantidad y calidad de
los recursos naturales renovables, incluidos el suelo, agua y aire
3- Reasentamiento de comunidades humanas, o alteración
significativa de los sistemas de vida y costumbres de grupos
humanos
4- Localización próxima a población, recursos y áreas protegidas
susceptibles de ser afectados, así como el valor ambiental del
territorio en que se pretende emplazar
44
5- Alteración significativa, en términos de magnitud o duración,
del valor paisajístico o turístico de una zona
45
3. INVESTÍGACION PROPUESTA
3.1. Ubicación de la planta
La planta está ubicada al sur del departamento de Escuintla, consta de una
caldera, un generador y una turbina en su equipo de mayor cuidado, además
de todo el equipo auxiliar necesario para la generación de energía eléctrica.
3.2. Descripción de la empresa
Central generadora San José es una planta dedicada a la generación de
energía eléctrica, la cual su combustible es carbón mineral. Posee, dentro de
planta, sistemas de almacenamiento del combustible que utiliza (parque de
carbón) para asegurar que se dispone permanentemente de una adecuada
cantidad de éste. Como se trata de una central termoeléctrica de carbón, este
es previamente triturado en molinos pulverizadores hasta quedar convertido en
un polvo muy fino para facilitar su combustión. De los molinos es enviado a la
caldera mediante chorro de aire precalentado.
Es una planta con alto sentido en la conservación del ambiente, por lo
que la aplicación de normas de la ISO14000 es parte obligatoria para todo el
personal, su sistema de captación de cenizas y gases de combustión son
bastante modernos y su mantenimiento se lleva a cabo en periodos definidos
por el fabricante para la buena operación de los mismos.
3.3. Caldera
3.3.1. Descripción
Una caldera puede describirse como un generador de vapor o como “la
combinación de equipos para producir o recuperar calor, junto con aparatos
para transferir el calor disponible a un fluido” según el código ASME (por sus
siglas en ingles American Society Mechanical Engineer)
Existen tres tipo de calderas: Acuatubular (en la cual el agua va por
dentro de los tubos), Pirotubular (en la cual el fuego va por dentro de los tubos).
46
Caldera de Fundición seccional (la caldera se compone de secciones
huecas dentro de las cuales circula el agua). En nuestro caso, nos referiremos
a las acuatubulares que es la caldera instalada en planta.
Las Calderas empleadas en plantas de proceso son: medio de
calentamiento de fluidos o de aire, vaporización, trazado de vapor, deareación
del agua, generadores de vacío, generadores de potencia en turbinas, (medio
motriz) limpieza que es nuestro caso, etcétera.
3.3.2. Componentes esenciales de la caldera
Como todo equipo industrial la caldera posee partes esenciales:
• Hogar: sección que se encuentra en contacto directo con la flama. Un
hogar es una cámara donde se efectúa la combustión. La cámara
confina el producto de la combustión y puede resistir las altas
temperaturas que se presentan y las presiones que se utilizan. Sus
dimensiones y geometría se adaptan a la velocidad de liberación del
calor, el tipo de combustible y al método de combustión, de tal manera
que se haga lo posible por tener una combustión completa y se
proporcione un medio apropiado para eliminar la ceniza.
• Quemadores: el propósito principal de un quemador es mezclar y dirigir
el flujo de combustible y aire, de tal manera, que se asegure el
encendido rápido y la combustión completa.
En nuestro caso los quemadores de carbón pulverizado, una parte del
15 al 25% del aire, llamada aire primario, se mezcla con el combustible para
obtener un encendido rápido y actuar como un medio de transporte del
combustible. La porción restante o aire secundario se introduce a través de
registros en la caja de viento. A estos quemadores se les llama de tipo circular.
Este diseño tiene una capacidad hasta de 165 millones de Btu/h para el
carbón.
47
• Sopladores de hollín: aún cuando la escorificación y la incrustación de
las calderas que queman carbón mineral puedan minimizarse mediante
el diseño y la operación apropiados, debe suministrarse equipo auxiliar
para limpiar las paredes del hogar y eliminar los depósitos de las
superficies de convección, para mantener la capacidad y la eficiencia.
Chorros de vapor de agua y de aire lanzados por las toberas de los
sopladores de hollín desalojan la ceniza seca o sintetizada y la escoria,
las que entonces caen en tolvas o se van junto con los productos
gaseosos de la combustión al equipo de eliminación.
En nuestro caso, se tienen dos tipos de lanza fija y retractilé.
Éstos varían en relación con su ubicación en la unidad de la caldera, la
severidad de la ceniza o las condiciones de la escoria y la disposición de
las superficies que absorben calor.
• Pulverizadores: por la capacidad de caldera un poco mayor a 100,000 lb.
de vapor por hora, la combustión de carbón pulverizado es más
eficiente, que el uso de los alimentadores, los cuales en menores
capacidades de generación de vapor sí son rentables. En nuestra
operación, se utiliza el sistema de inyección directa, en el que el carbón
y el aire pasan de los pulverizadores a los quemadores, y la rapidez
deseada de combustión se regula por la rapidez de pulverización. este
tipo de pulverizador de inyección directa tienen la capacidad para moler
90 toneladas por hora.
El pulverizador proporciona la mezcla activa necesaria para secar el
porcentaje de materia volátil en el combustible, esté tiene la relación
directa con la temperatura recomendada del aire primario para la
combustión.
48
DOMO
SOBRECALENTADOR TUBOS DE RIEGO
TUBOS VAPORIZADORES
3.3.3. Esquema de una caldera
Fuente: manual de caldera planta san jose Figura 13. Esquema de una caldera acuatubular
QUEMADORES
49
3.3.4. Mantenimiento
Actualmente se realizan dos mantenimientos a la caldera al año, un
mantenimiento preventivo en el mes de mayo y otro en el mes de noviembre.
La idea de estos mantenimientos es que en cada paro se revise cada uno
de los equipos esenciales que compone la caldera, cambiando piezas
desgastadas por calor fricción o por tiempo de vida, además de poder realizar
una ronda de lecturas de espesores en las tuberías, con el fin de ir
monitoreando posibles desgastes y así evitar fugas repentinas durante la
operación normal.
Los problemas más frecuentes al abrir la caldera es el de ensuciamiento,
contaminación y desgaste en el área de cenizas, que se origina durante la
generación de vapor, esto significa un serio y costoso problema en la zona de
alta temperatura.
La incrustación es un punto que con el control y mantenimiento adecuado
del agua de alimentación puede ser reducida los efectos que ésta produce son:
• Debilita las paredes de la tubería provocando posibles fugas
• Reduce la eficiencia en la transferencia de calor
• Aumenta dramáticamente la presión del cabezal
• Aumenta el consumo del combustible
Debido al sobrecalentamiento de las piezas metálicas los tubos pantalla
sufren deformaciones y provocan fallas, pudiendo llegar al caso de provocar
una explosión.
50
Fuente: tubería de caldera planta san José
Figura 14. Corrosión interna localizada en la pared de tubos
En nuestro caso, en cada paro de mantenimiento se corta varios
pedazos de tubería de pared de caldera para su análisis metalúrgico
recomendado y así saber el grado de incrustación que pueda tener la tubería.
Actualmente, según datos estadísticos, la caldera se encuentra libre de
incrustación y corrosión proporcionando un rendimiento eficiente, lo cual
redunda en ahorros en tiempo y dinero en la operación y el mantenimiento de
la misma, y por si fuera poco brinda SEGURIDAD.
A continuación un ejemplo de la toma de muestra de un pedazo de tubo de la
pared de caldera
Fuente: pared de tubería de caldera planta san José
Figura 15. Selección de tubo a cortar
51
Fuente: pared de caldera, planta san José
Figura 16. Tubería cortada para muestra
Fuente: tubería soldada, pared de caldera
Figura 17. Tubo nuevo con junta soldada radiografiada
52
3.4. Proceso de generación de energía
3.4.1. Descripción
Central generadora San José es una instalación industrial empleada
para la generación de energía eléctrica a partir de la energía liberada en forma
de calor, mediante la combustión de combustible fósil (carbón), este calor es
empleado por un ciclo termodinámico convencional para mover un alternador
(Generador) y producir energía eléctrica.
Posee dentro del propio recinto de la planta, sistemas de
almacenamiento del combustible que utiliza (parque de carbón, depósitos de
fuel-oil) para asegurar que se dispone, permanentemente, de una adecuada
cantidad de éste. Como se trata de una central termoeléctrica de carbón, éste
es previamente triturado en molinos pulverizadores hasta quedar convertido en
un polvo muy fino para facilitar su combustión. De los molinos es enviado a la
caldera de la central mediante chorro de aire precalentado.
Una vez en la caldera, los quemadores provocan la combustión del
carbón, generando energía calorífica. Esta convierte a su vez, en vapor a alta
temperatura el agua que circula por una extensa red formada por miles de
tubos que tapizan las paredes de la caldera. Este vapor entra a gran presión en
la turbina de la central, la cual consta de tres cuerpos (de alta, media y baja
presión, respectivamente) unidos por un mismo eje.
En el primer cuerpo (alta presión) hay centenares de álabes o paletas de
pequeño tamaño. El cuerpo a media presión posee asimismo centenares de
álabes pero de mayor tamaño que los anteriores. El de baja presión, por último,
tiene álabes aún más grandes que los precedentes. El objetivo de esta triple
disposición es aprovechar al máximo la fuerza del vapor, ya que éste va
perdiendo presión progresivamente, por lo cual los álabes de la turbina se
hacen de mayor tamaño cuando se pasa de un cuerpo a otro de la misma, hay
que advertir, por otro lado, que este vapor, antes de entrar en la turbina, ha de
ser deshumidificado. En caso contrario, las pequeñísimas gotas de agua en
suspensión que transportaría serían lanzadas a gran velocidad contra los
53
álabes, actuando como si fueran proyectiles y erosionando las paletas hasta
dejarlas inservibles.
El vapor de agua a presión, por lo tanto, hace girar los álabes de la
turbina generando energía mecánica. A su vez, el eje que une a los tres
cuerpos de la turbina (de alta, media y baja presión) hace girar al mismo tiempo
a un alternador unido a ella, produciendo así energía eléctrica. Esta es vertida
a la red de transporte a alta tensión mediante la acción de un transformador.
Por su parte, el vapor (debilitada ya su presión) es enviado a unos
condensadores. Allí es enfriado y convertido de nuevo en agua. Esta es
conducida otra vez a los tubos que tapizan las paredes de la caldera, con lo
cual el ciclo productivo puede volver a iniciarse.
En el proceso termoeléctrico existe una clasificación de tipos de
generación, según la tecnología utilizada para hacer girar los generadores
eléctricos, en nuestro caso, es con vapor de agua que se produce el
movimiento de una turbina acoplada al generador eléctrico.
3.4.2. Combustibles
El petróleo, el carbón y el gas natural son los grandes protagonistas de
la revolución industrial en nuestros días. De ellos depende la mayor parte de la
energía de la industria y transporte. Actualmente, el 79,6% de la energía
comercial proviene del petróleo, carbón y gas natural.
La gran variedad de diseños de unidades de generación termoeléctrica
está asociada con los combustibles utilizados, los que comprenden una grana
gama de recursos energéticos primarios no renovables y renovables.
Habitualmente, hablamos de tres eras energéticas, (leña, carbón y
petróleo – gas) las que han tenido un papel decisivo en el desarrollo
económico, en particular a partir de la revolución industrial.
54
La fuente tradicional de energía fue la biomasa (leña), pero durante el
siglo XIX cedió rápidamente posiciones ante el avance del carbón, que logró
desplazarla hacia 1890 para ubicarse en primer lugar por casi 80 años, a esta
primera transición de la leña al carbón le sucede otra transición del carbón al
petróleo y al gas.
Dentro de los diferentes tipos de energía utilizados en la actualidad, se
tiene:
TIPO DE ENERGIA % UTILIZACIÓN
Petróleo 35.8%
Carbón 23.7%
Gas Natural 20.1%
Biomasa 11.1%
Nuclear 6.6%
Hidroeléctrica, solar, eolica 2.7%
Fuente: presentación de tipos de energía INDE
Tabla. 5 diferentes tipos de energía utilizados en la actualidad
Circuito del combustible
Como parte de la generación de energía eléctrica, central generadora
cuenta con un circuito del combustible, que puede definirse en varios pasos:
Transporte del combustible: El carbón es descargado en la inmediata
cercanía de la sala de calderas, luego, el carbón es secado y llevado sobre
cintas transportadoras hasta la casa de trituración, donde una máquina
trituradora (pulverizadores) reduce las dimensiones de los trozos demasiado
grandes en polvo al tamiz adecuado.
Para eliminar los trozos de hierro que se mezclan con el carbón durante
la extracción y el transporte, el carbón pasa por un separador magnético.
55
Un sistema de cintas transportadoras lleva el combustible hasta una
tolva, ubicada delante de la caldera. Su capacidad es dimensionada de modo
de poder alimentar la caldera durante unas horas a plena carga.
Pulverización: antes de introducirlo en la caldera, se somete el carbón al
procesamiento de pulverización, con lo cual se mejora su combustión y se
aumenta el rendimiento de la caldera.
Combustión: del molino pulverizador, el carbón reducido a polvo muy
fino fluye a los quemadores ubicados en los cuatro rincones o en frente de la
caldera, el cual es transportado por medio de aire primario.
Al cumplir su función, el carbón ya quemado produce ceniza que se
transporta de la siguiente manera: la ceniza cae en la parte inferior de la
cámara de combustión, que tiene la forma de embudo, y de ahí se deriva por
medio de tubería hacia el silo de descarga, la cual, es transportada luego hacia
una pila de ceniza diseñada con las mejores normas de seguridad al medio
ambiente.
3.5. Plan de contingencia
Elementos esenciales de un plan de contingencia
El plan de contingencia propuesto debe de incluir lo siguiente:
• Descripción del equipo sobre el que se quiere actuar
• Documentación de los trabajos anteriores realizados en el equipo
• Descripción y asignación de las tareas de las personas
involucradas en el plan
• Descripción del equipo a utilizar en la reparación
• Definición de normas a seguir, tanto internas como de identidades
relacionas con el trabajo a realizar
• Toda la documentación de prácticas que se han realizado con las
personas involucradas
• Programación de capacitaciones constantes de todo el personal
involucrado
56
3.5.1. Tipos de planes
El Plan de Contingencias establece los procedimientos y acciones
básicas de respuesta que se tomarán para afrontar de manera oportuna,
adecuada y efectiva en el caso de un accidente y/o estado de emergencia
durante la operación de central generadora eléctrica. En este plan se describen
también la organización, procedimientos, los tipos y cantidades de equipos,
materiales y mano de obra requeridos para responder a los distintos tipos de
emergencias.
Como parte de la política de medio ambiente, seguridad y salud
ocupacional y en cumplimiento de las normas legales vigentes, se debe realizar
una evaluación de riesgos, determinando aquellas actividades que por su nivel
de peligro pueden impactar directa o indirectamente sobre la operación de la
planta. Este análisis permitirá conocer el grado de vulnerabilidad y peligro de la
actividad y la capacidad de respuesta para afrontar con éxito una contingencia.
El enfoque general considera la prevención como medida principal.
En esta etapa los tipos de plan de contingencias son identificados así:
Contingencias Accidentales: originadas por accidentes en los frentes de
trabajo y que requieren una atención médica especializada y de organismos de
rescate y socorro. Sus consecuencias pueden producir lesiones incapacitantes
o pérdida de vidas. Entre éstas se cuentan las explosiones imprevistas,
incendios y accidentes de trabajo (electrocución, caídas, golpes, quemaduras,
derrumbes).
Contingencias Técnicas: originadas por procesos operativos que requieren
una atención técnica, ya sea de operación, construcción o de diseño. Sus
consecuencias pueden reflejarse en atrasos y sobre costos para la operación.
Entre ellas se cuentan los atrasos en programas, condiciones geotécnicas
inesperadas y fallas en el suministro de insumos, desperfectos de materiales,
fallas en soldaduras
57
Contingencias Humanas: ocasionadas por eventos resultantes de la
operación de la planta y su acción sobre la población establecida en el área de
influencia de la obra, o por conflictos humanos exógenos. Sus consecuencias
pueden ser atrasos en la obra, paros locales y regionales, huelgas, dificultades
de orden público, etcétera.
3.5.2. Personal involucrado (brigadas)
Todo el personal de ingeniería, mantenimiento y administración de
central generadora eléctrica San José forma parte de la Organización ante
Contingencias. Se incluye también al personal de operaciones durante turnos
de fin de semana y nocturnos. Toda la brigada debe mantener coordinación
con gerencia, contratistas externos (personal calificado contratado
temporalmente) que conforman el apoyo externo.
En general, se pueden presentar situaciones de emergencia en dos escenarios:
• Durante el horario normal de trabajo de la central generadora (donde
existen las mayores probabilidades de anomalías), en el cual se
dispone de la mayor parte del personal para constituir y activar la
organización de brigadas.
• Fuera del horario normal de trabajo, durante el cual la detección y
comunicación de la contingencia y la toma de acciones iniciales
estará a cargo de la cuadrilla de operaciones; hasta que el gerente
de la central, el Supervisor y el resto del personal pueda llegar a la
Central y constituir la organización del caso.
3.5.3. Organización de comité de respuesta ante una emergencia
Este comité debe estar formado por el líder del plan de contingencia, los
responsables de las áreas afectadas, un soldador certificado, ayudante de
soldador, el apoyo del personal de turno, el ingeniero de mantenimiento y
58
asistente de mantenimiento. Esta última deberá intervenir para certificar que
los trabajos se están realizando de la manera establecida por la AWS y normas
internas de planta así como la seguridad de las personas y equipos y la
calidad comprometida del trabajo. Este personal será capacitado y equipado
para proporcionar una respuesta inmediata ante cualquier emergencia
La decisión de desarrollar el plan debe estar en el más alto nivel de
dirección, ya que constituye un tema de continuidad de operaciones.
La designación de los miembros debiera ser avalada por la más alta
dirección dado que deberán comprometerse recursos y aprobarse procesos
especiales.
Cada integrante se puede definir su función así:
• Supervisor inmediato: hace que se investiguen la causa de la
emergencia y desactiva cualquier equipo involucrado, evacua
personal prescindible del lugar según sea conveniente.
• Ingeniero mantenimiento: organiza las acciones y decide si se
necesita apoyo externo para combatir la emergencia, informa al
gerente de planta y operaciones.
• Asistente de mantenimiento: es el encargado de brindar la
asistencia al ingeniero de mantenimiento, debe de poseer los
conocimientos necesarios establecidos por la AWS, coordina el
equipo que se utilizara en la reparación, da seguimiento al tramite
de los permisos de espacios confinados
• Soldador certificado: técnico, con experiencia en el área de
soldadura, es el encargado de realizar los trabajos de corte del
segmento de tubo dañado, además de preparar el nuevo
segmento a unir por medio de el procedimiento de soldadura
correspondiente a la reparación establecido por AWS, este debe
de ser certificado por un inspector de la aws pues ya que las
soldaduras deben pasar radiografía para poder aceptar y estar
seguros de que no se explotará ante la presión del vapor.
59
• Monitor de seguridad industrial: es el encargado de medir los
riesgos de trabajo que se tengan donde se presente la falla, pues
ya que se debe de seguir las normas aunque sea emergencia,
encargado de medir la atmósfera, nivel de oxígeno al ingresar a la
caldera.
3.5.4. Funciones al activarse el plan de contingenc ia
Coordinador de la emergencia
Asignado: ingeniero de mantenimiento
Alterno: Asistente de mantenimiento
Funciones:
• Se ubica en el lugar del incidente, evaluando la
situación y disponiendo de las acciones de repuesta
• Mantiene control sobre las operaciones de respuesta
disponiendo de las acciones que fueren necesarias
aplicar
• Sabe qué clase de tubería, materiales de aporte y
composición química se tiene en esta pared donde se
presentó la fuga
• Examina las piezas, la calidad de los materiales y los
resultados de la soldadura aplicada.
60
Coordinador de equipo
Asignado: Asistente de mantenimiento
Alterno: Coordinador de soldadura
Funciones:
• Dirigir las operaciones de control de emergencias,
coordinando soldadores, materiales a utilizar, equipo,
permisos de trabajos, turnos de trabajo
• Se mantiene en contacto con el coordinador de
emergencia y se coordina por medio de las órdenes
giradas por el coordinador
• Seguimiento de órdenes del coordinador de la
emergencia, ejecutando órdenes y manteniendo
informado al coordinador del desarrollo de los trabajos
• Verifica, constantemente, que se cumpla los
procedimientos de soldadura se estén aplicando como
el fabricante garantizando los buenos resultados del
trabajo
Ingeniero de seguridad industrial
Asignado: ingeniero de seguridad
Alterno: Asistente de ingeniero de seguridad industrial
Funciones :
• Velar por que se cumpla los procedimientos de
seguridad establecidos por casa matriz, tales como
charlas de seguridad, análisis de atmósfera,
seguimiento al llenado de formatos de permisos de
trabajo en caliente, velar por los ingresos a los espacios
61
confinados, verificar que el equipo de protección
personal sea el adecuado
• Informar al gerente de planta que no hay peligro para
las personas y que pueden ayudar las personas que se
encuentran establecidas en el plan de trabajo
• Velar porque el personal cuente con el equipo de
protección personal de uso obligatorio en planta (casco,
guantes, gafas de protección, botas punta de acero,
protección auditiva, mascarilla para protección
respiratoria, arnés para trabajos en altura, un radio
intercomunicador).
Coordinador de soldadura
Asignado: Técnico en soldadura certificado interno
Alterno: Supervisor externo de soldadura
Funciones:
• Coordinar los soldadores que trabajaran en la solución
de la emergencia
• Coordinar maquinas de soldar, equipo manual, sky
climber, equipo de corte, equipo de protección personal
(caretas guantes, mascarillas para protección
respiratoria, polainas, gabacha, camisa manga larga de
lona, arnés para trabajo en altura), además de un radio
intercomunicador para establecer comunicación entre el
monitor de seguridad al estar dentro de caldera
• Asegurar el área de trabajo, para impedir que personas
ajenas a los trabajos de soldadura puedan tocar y
lastimarse por alguna razón.
62
Soldadores certificados
Funciones:
• Participa directamente en las acciones de la reparación,
ejecutando los trabajos que se le asignen por medio del
coordinador de la emergencia y/o coordinador de
soldadura
• La aplicación de los cordones de soldadura debe ser
exacta y como lo establecen los procedimientos de la
AWS
• Mantenerse en contacto con sus superiores para saber
los trabajos a ejecutar
Referirse al anexo 6, 7, 8 paginas 106 y 107
3.5.5. Formatos de control para seguimiento del pla n
Para un mejor control del seguimiento del plan de contingencia es
importante tener revisiones ordinarias, éstas deben ser documentadas en una
solicitud de acción correctiva y las mejoras al plan deben ser registradas y
comunicadas utilizando el formato de revisiones.
Es importante que las revisiones que se realizan deban sustentarse o
basarse en las siguientes fuentes:
• Resultado de emergencias atendidas
• Evaluación de prácticas y simulacros de campo
• Estadísticas de Accidentes e Incidentes ambientales
• Investigaciones de accidentes e Incidentes ambientales
• Informes de Auditorias realizadas al sistema de seguridad
industrial
• Reportes de simulacros realizados
63
• Solicitudes de Acciones Correctivas generadas con relación a
mejoras al Plan de Contingencia
• Adquisición de nuevo equipo y personal
La revisión deberá a su vez evaluar los siguientes componentes del Plan:
• Verificar la eficiencia de los procedimientos de notificación
• Demostrar eficiencia para movilizar la respuesta necesaria dentro del
tiempo requerido
• Demostrar capacidad en las funciones y responsabilidades del personal
considerado dentro del Plan de Contingencias
• Demostrar capacidad de diagnóstico inicial de la emergencia (poro en
soldadura, explosión en tubería, accidente personal)
• Capacidad para la protección del medio ambiente y eco-sistema de la
zona
• Demostrar capacidad para el reciclaje o desecho apropiado de
productos recuperados y materiales contaminados
• Capacidad para mantener y movilizar los equipos de contingencia
• Demostrar capacidad para la preparación de la documentación de las
acciones de contingencia
Refirse al anexo 9 pagina 108.
3.5.6. Características técnicas de los equipos a ut ilizar
La soldadura está relacionada con casi todas las actividades
industriales, además de ser una importante industria en sí misma. Gracias al
desarrollo de nuevas técnicas durante la primera mitad del siglo XX, la
soldadura sustituyó al atornillado y al remachado en la construcción de muchas
estructuras, como puentes, edificios y barcos. Es una técnica fundamental en la
industria automotriz, en la aerospacial, en la fabricación de maquinaria y en la
de cualquier tipo de producto hecho con metales.
64
El tipo de soldadura más adecuado para unir dos piezas de metal
depende de las propiedades físicas de los metales, de la utilización a la que
está destinada la pieza y de las instalaciones disponibles.
Para la soldadura GMAW se necesita una máquina soldadora de diseño
especial. En lugar del ciclo usual de trabajo de 60%, funciona con un ciclo de
trabajo de 100%. Se utiliza un rectificador para corriente continua o un
generador, que funcionan con corriente continúa de polaridad inversa (CCPI).
Estas máquinas también son de voltaje constante, lo que significa que el voltaje
cambiará muy poco, incluso con gran cambio en el amperaje. Cuando se utiliza
una máquina de voltaje constante con el proceso GMAW, el amperaje se
controla por velocidad de alimentación del alambre; cuanto mayor sea la
velocidad, más alto será el amperaje. Con ello, el arco se ajusta por sí solo.
Mecanismo alimentador de electrodo: consta de un sistema de
rodillos y engranes movidos por un motor. Si se gira el cuadrante en el
alimentador de electrodo (alambre) para aumentar la cantidad que alimenta a la
zona de soldadura, el amperaje se incremento en forma automático, los
mecanismos actuales son más complicados y no sólo controlan el amperaje
sino también el flujo de gas y agua entre otras funciones.
Hay tres métodos para mover el electrodo: "empuje", "tracción" y una
combinación de ambos. El método de empuje se emplea para alambres duros,
como los de acero; el método de tracción es para alambres (electrodos)
blandos, como los de aluminio. El método combinado de empuje y tracción se
utiliza, a veces, en trabajos de construcción en donde no es posible llevar toda
la máquina al sitio de trabajo y se necesitan cables largos. Los rodillos alimen-
tadores se deben cambiar de acuerdo con el tipo y tamaño del electrodo que se
emplee.
Electrodos: para la soldadura GMAW, igual que los normales para
soldadura con arco, se fabrican para que coincidan con el tipo de metal que se
va a soldar. Según sea el proceso que se utilice, los electrodos pueden ser de
alambre macizo, desnudo, con recubrimiento de fundente o con núcleo de
65
fundente (alambre hueco con fundente en su interior). Los electrodos de
alambre se designan con las clasificaciones CSA W48-4 y AWS A45-18.
Gases protectores: la finalidad de los gases protectores, es evitar la
contaminación del metal de soldadura. Los gases protectores también influyen
en el arco y en la profundidad de penetración y la cantidad de salpicaduras de
metal que produzcan. Los tres principales gases que se emplean en GMAW
son argón, helio y dióxido de carbono (o una mezcla de ellos), que genere el
gas más eficaz y menos costoso que sea posible. El helio es el más costoso,
seguido por el argón y el dióxido de carbono; sin embargo, el costo no es el
único factor por considerar. El argón produce un cordón muy estrecho y el helio
uno ancho. El dióxido de carbono produce un cordón más grueso que el argón,
pero más delgado que el helio. Cuando se emplea sólo dióxido de carbono,
suele producir un arco brusco con muchas salpicaduras. Sin embargo, una
pequeña adición de argón estabilizará el arco y eliminará gran parte de las
salpicaduras. El gas protector que utilice depende del proceso de soldadura, el
tipo de metal base y los resultados deseados.
Fundamentos: la soldadura GMAW es similar a la SMAW y la diferencia
radica en que en aquélla el electrodo viene en un carrete o rollo y es continuo.
Esto reduce mucho los pares y arranques para cambiar electrodos como en la
SMAW. Una persona que ha soldado con arco con electrodos normales no
tendrá dificultades para aprender el proceso GMAW. Una vez que se ha
formado el arco, muchas de las técnicas aprendidas con la soldadura de arco
se aplicarán a la GMAW. Un ejemplo es mover el electrodo con mayor
velocidad a fin de producir un charco más pequeño, evitar quemaduras
pasadas o disminuir la penetración. Igual que en la SMAW, escuchar el sonido
del arco dará una idea de la calidad de la soldadura. De igual manera que con
la SMAW es preferible tener un arco suave.
66
Fuente: manual de alimentador marca Miller
Figura 18 . Alimentador para máquina de soldar marca Miller con accesorios.
PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA GMAW
Tipo de soldadura: GMAW (Gas Metal Arc Welding) Norma: AWS A5.1/API 1104
Posición: libre Consumible: Tungsteno puro
I. DESCRIPCION Proceso de soladura por arco, el cual es establecido entre un electrodo de
tungsteno no consumible y el charco de soladura. En este proceso se emplea
gas de protección, no se aplica presión y puede usarse con o sin la adición de
material de aporte. El electrodo de tungsteno se encuentra alojado en la
antorcha a través de la cual también se alimenta el gas para proteger de la
contaminación de la atmósfera al charco de soldadura fundida, al arco, al
electrodo y al metal de soldadura solidificado pero aun caliente.
El calor generado por el arco que se establece entre la punta del electrodo
y la pieza de trabajo, funde el metal base y una vez que se produce el charco,
la antorcha se mueve a lo largo de la junta y si se emplea metal de aporte,
normalmente se adiciona por el extremo frontal (hacia donde se desplaza la
antorcha) del charco para llenar la junta.
II. EQUIPO BASICO
(1) Fuente de energía de corriente constante, alterna o directa
Antorcha
Tenaza de tierra
Alimentador miller
Manometros
Material de aporte
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(2) Una antorcha con electrodo de tungsteno incluido
(3) Botella de gas de protección
(4) Regulador de presión
(5) Medidor de flujo
(6) Material de aporte (cuando es requerido)
(7) Alimentadores de alambre (opcional)
Algunos equipos incluyen un pedal para el control de la corriente y para iniciar
la corriente de alta frecuencia (cuando está se emplea), sistemas de circulación
y enfriamiento con gas o agua para la antorcha y unidades de corriente de alta
frecuencia.
III. EQUIPO DE PROTECCION PERSONAL • Casco • Careta con filtro de protección visual de acuerdo a la intensidad de la onda
de los rayos ultravioleta • Guantes de cuero flexibles • Polainas • Gabacha • Camisa manga larga de lona • Mascarillas especiales para filtrar humos y polvo • Botas punta de acero
IV. PASOS PARA LA APLICACIÓN DE SOLDADURA GMAW 1. llenar el formato de permiso en caliente
2. realizar análisis de atmósfera
3. realizar un inspección visual 360 grados del área para verificar que
materiales combustibles estén fuera del área
4. revisar los dibujos, normas establecidas para la reparación (si aplica)
2. identificar los planes de reparación
3. verificar que se tenga disponible y autorizadas por el ingeniero de
mantenimiento las especificaciones de procedimiento de soldadura
necesarias
4. asegurarse que el personal de soldadura esté listo y calificado
5. verificar que los materiales base cumplen con la especificación aplicable
6. asegurarse que los materiales de soldadura consumibles (electrodos,
metales de aporte, gases y fundentes), especificados estén disponibles y
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a temperaturas recomendables
7. se debe tener en cuenta el ajuste de los tubos en las juntas a soldar
(ángulo de ranura, abertura de raiz, cara de ranura, alineación de la
junta, respaldos, insertos y consumibles) es el requerido por el diseño o
procedimiento de soldadura
8. cada soldador debe saber la ubicación exacta del equipo de soldadura
necesario y su adecuación para aplicar los procedimientos establecidos
9. colocar el voltaje y amperaje de la maquina según lo indique el
procedimiento de soldadura
10. contar con los electrodos del tipo y tamaño establecido por la norma API
1107 (practicas de soldadura de mantenimiento de líneas de tuberías)
11. tener en cuenta la temperatura de precalentamiento y la temperatura
entre pasos, especificadas por el procedimiento de soldadura cuando
aplica
12. limpiar las juntas entre tuberías, removiendo escoria, grasas, aceites y
polvo que pueda contaminar la soldadura nueva a aplicar
13. en soldadura de tubería es necesario que dos soldadores certificados
inicien al mismo tiempo la aplicación de soldadura, por lo que se debe
aplicar cordones de no mas de 1 pulgada según sea el diámetro del
tubo, opuesto uno del otro, esto para evitar deformaciones por cambios
de temperatura brusca
14. se debe aplicar un material de aporte en la base de la tubería con un
material de aporte con características EXXX8 (E= electrodo, XX=
resistencia mínima a la tensión en este caso 70,000 libras por pulgada
cuadrada, X = todas las posiciones, 8= revestimiento bajo Hidrógeno,
polvo de hierro
15. entre cada cordón de soldadura se debe de limpiar la escoria que se
incruste para evitar que al aplicar el cordón siguiente produzca poros y
no pase la prueba de radiografía
16. al terminar la junta o soldadura se debe de aplicar radiografía al cordón
para verificar que la penetración es la adecuada y que no existen poros
por donde pueda fallar el cordón
17. si la radiografía revela una discontinuidad o poro en la soldadura es
69
necesario limpiar el área afectada y volver a aplicar la soldadura
18. al terminar la reparación se debe de volver aplicar radiografía para
verificar que se corrigió la falla, si todo esta bien se da por terminado el
trabajo
19. se procede a desmontar el equipo que se utilizo, tal como sky climber,
desconectar cables de alimentación electrica, mangueras de aire
etcétera
20. limpiar el equipo de soldadura tal como: antorchas, maquinas de soldar,
alimentadores de alambre, pulidoras
21. se almacena todo en el cajón de soldadura y se tiene listo para un nuevo
trabajo
22. se procede a llenar el reporte de trabajo para dejar constancia de todo el
trabajo que se realizo
23. se procede con la colocación del material de aislamiento de la pared de
tubos
24. se da por terminado el periodo de trabajo por lo que se procede con la
entrega del permiso de trabajo en caliente a cuarto de control
Fuente: procesos de soldadura interna en planta
Amoladoras: se trata de máquinas portátiles, accionadas normalmente
por energía eléctrica o aire comprimido, que, utilizando distintas herramientas
de inserción, ejecutan trabajos muy variados sobre diversos materiales.
Entre los trabajos realizados se puede citar: tronzado, rebarbado,
desbaste, ranurado, lijado, desoxidado, pulido, etcétera.
Entre los materiales trabajados: acero u otros productos metálicos,
hormigón, piedra natural o artificial, productos de tierra cocida, fibrocemento,
madera, etcétera
Las herramientas de inserción que utilizan son: discos de desbastar y
tronzar, platos de goma con hojas de lijar, cepillos planos y de vaso, muelas de
vaso, esponjas o fundas de pulir, discos de trapo, etcétera.
70
La elección de uno u otro modelo de amoladora estará en función de los
trabajos realizar, materiales, potencia requerida, entorno de trabajo, etcétera.
Los fabricantes de estas máquinas aportan datos técnicos de cada uno
de los modelos que comercializan, indicando: tensión nominal y frecuencia de
la corriente de alimentación o presión de alimentación en las neumáticas, peso,
trabajos para los que resulta especialmente apropiada, diámetros de las
muelas o vasos, revoluciones en vacío, potencia absorbida y útil, accesorios,
etcétera, además de otras ventajas comunes como "doble aislamiento",
interruptor de seguridad para evitar conexiones imprevistas, sistemas que
aseguran una marcha exenta de vibraciones, escobillas de desconexión
automática, regulación electrónica del número de revoluciones, etcétera.
Fuente: manual de amoladoras marca Bosch
Figura 19 . Amoladoras angulares
3.6. Procedimientos de soldadura
3.6.1. Normas AWS
La AWS (por sus siglas en ingles American Welding Society) se
basa en una serie de normas que guía el actuar ante un proceso de reparación
de presentarse una fuga en la pared de la caldera. En nuestro caso, nos
regimos a las normas dadas por el código API 1104, el cual nos indica a que
procedimientos regirnos.
A continuación ejemplo de algunas de las normas más utilizables en planta
71
Soldar manualmente por arco eléctrico con electrodo revestido (SMAW), tuberías de acero al carbono, eje del
tubo a 45° fijo progresión descendente
Preparar equipos, accesorios, herramientas y consumibles para soldar manualmente por arco eléctrico con electrodo revestido (SMAW) progresión descendente, de acuerdo a instructivos de la empresa, manuales de operación respectivos y procedimiento de soldadura calificado.
Realizar los pases de: Raíz y caliente, progresión descendente, a juntas a soldar en tuberías de acero al carbono con soldadura por arco eléctrico manual y electrodo revestido (SMAW), de acuerdo a especificaciones del procedimiento de soldadura calificado.
Realizar los pases de: Relleno y presentación, progresión descendente, a juntas a soldar en tuberías de acero al carbono con soldadura por arco eléctrico manual y electrodo revestido (SMAW), de acuerdo a especificaciones del procedimiento de soldadura calificado.
Fuente: manual de normas API Criterios de desempeño Conocimientos esenciales
A. La elección y acople de los equipos, herramientas, consumibles y accesorios para la soldadura con el proceso (SMAW), están de acuerdo con el procedimiento de operación y especificaciones de seguridad establecidas por la empresa.
B. Los parámetros de operación de los equipos y accesorios se regulan según lo especificado en el procedimiento de soldadura calificado aplicable para realizar esta clase de juntas.
ELECTRICIDAD: Conceptos, clases, intensidad de corriente, fuerza electromotriz, resistencia eléctrica, polaridad, corriente constante, voltaje, resistencia, seguridad.
Características de la corriente para soldar.
• FUENTES DE PODER para procesos (SMAW)
Clases y tipos:
• ESTÁTICAS: transformadores simples, transformadores con rectificador, mixtas, inversoras,
• ROTATIVAS: generadores, convertidores Cables para soldar: longitud, calibre,
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C. Los gases a utilizar para los equipos de corte, se seleccionan de acuerdo al procedimiento de soldadura calificado aplicable para realizar esta clase de juntas y se mantiene según los requerimientos de las normas legales sobre salud ocupacional.
D. Los electrodos (aporte) a utilizar se seleccionan de acuerdo al procedimiento de soldadura calificado, aplicable para realizar esta clase de juntas y se mantienen según las normas establecidas.
E. El entorno, equipos, herramientas, las prácticas de trabajo y el uso de los elementos de protección personal cumplen con los requerimientos de las normas legales sobre salud ocupacional.
F. Las deficiencias y fallas de los equipos, accesorios y herramientas son identificadas y comunicadas a las fuentes apropiadas para su correspondiente acción.
G. Las deficiencias y fallas de los equipos, accesorios y herramientas son identificadas y corregidas teniendo en cuenta el alcance establecido por la empresa.
H. La programación del alistamiento de los equipos, accesorios y herramientas se cumple según el cronograma
capacidad, características. • SEGURIDAD: ciclo de trabajo y
mantenimiento primario de los equipos para soldar.
• EQUIPOS: funcionamiento, manejo y mantenimiento primario de los equipos utilizados para: (cortar, calentar, ranura, desbastar, esmerilar, limpiar, biselar) aplicables en esta norma.
• REGULADORES: para equipos de oxicorte, corte por plasma,
Clases, características, seguridad.
• PORTAELECTRODOS: Conexión a tierra y masa, conexiones generales del circuito para soldar,
Parámetros de operación y seguridad.
ELECTRODOS REVESTIDOS: Concepto, longitudes, usos, versatilidad, eficiencia, rendimiento, diámetros, clasificación (AWS), Identificación, manejo, almacenamiento, recuperación, propiedades.
• PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA APLICABLE: Proceso (SMAW), Importancia, Contenido, alcance: (conceptos generales sobre: WPS, PQR, WPQ), variables: esenciales, suplementarias, y no esenciales,
• almacenamiento de gases, operación correcta, clases de llamas, efecto de la llama en la junta soldada, presiones de trabajo, almacenamiento, transporte, seguridad.
• Importancia e incidencia del cumplimiento de la programación establecida en los procesos de producción.
• Reporte de novedades
73
establecido por la empresa.
encontradas en las instalaciones, equipos y herramientas.
• Procedimiento de soldadura aplicable.
• Procedimiento de trabajo aplicable.
• Instructivo aplicable • Normas legales sobre salud
ocupacional. • Códigos y normas aplicables:
API 1104,AWS: A5.12, A5.18, A5.1 NFPA, Números: 58, 51ª, 51,
• Manuales técnicos de: planta
Fuente: manual de normas internas planta San Jose
3.6.2. Procedimiento especial por composición quími ca de tubería
Como todo material la aplicación de soldadura y el manejo de las
propiedades deben de manejarse de acuerdo a las normas dadas por el
fabricante. En las paredes de la caldera de planta se tiene distintas clases de
materiales de composición de tubería: aceros al carbón, aceros especiales
como el 304, aceros inoxidables.
Como procedimiento de soldadura utilizado en planta y establecido como
norma en la tubería de acero inoxidable damos lo siguiente:
Para lograr una óptima resistencia en las soldaduras a topo deben de
penetrar completamente, ya que en servicio cualquier rajadura o fisura puede
provocar corrosión.
Como proceso de soldadura es importante tener en cuenta las juntas
antes de aplicar el material de aporte
74
t máximo = 3.2 mm A = 0.8 - 2.3 mm Fuente: inspección de soldadura. Pág. 17 Figura 20 . Junta para soldadura a tope de chapa
t máximo = 12.7 mm A = 0.8 - 2.4 mm B = 1.6 - 2.4 mm C = 60 a 80º
Fuente: inspección de soldadura. Pág. 17 Figura 21. Junta en "V" para chapas y placas.
t = 12.7 mm o mayor A = 0.8 - 2.4 mm B = 1.6 - 2.4 mm C = 60 a 80º Fuente: inspección de soldadura. Pág. 18 Figura 22. Junta doble "V" para placas
75
t = 19 mm y más A = 1.6 mín. - 3.2 máx. (mm) B = 1.6 - 2.4 mm R = 6.4 mm mín.
Fuente: inspección de soldadura. Pág. 18 Figura 23. Junta "U" para placas.
t = 19 mm y más A = 1.6 mm mín. - 3.2 mm B = 1.6 a 2.4 mm R = 6.4 mm mín.
Fuente: inspección de soldadura. Pág. 19
Figura 24. Junta doble "U" para placas
76
A = 37.5 ± 2.5º C = 1.8 ± 0.9 mm
Fuente: inspección de soldadura. Pág. 19 Figura 25. Junta para caños con inserto consumible. D< diámetro del metal de aporte D> diámetro del metal de aporte para el método de alimentación continua Fuente: inspección de soldadura. Pág. 20
Figura 26. Junta para caño sin inserto consumible Limpieza en la preparación de la soldadura, el área que se limpia incluye
los bordes y las juntas y 50 a 75 mm de la superficie adyacente. Una limpieza
inapropiada puede causar defectos en la soldadura tales como: fisuras,
porosidad o falta de fusión.
77
Actualmente, en planta se tiene el siguiente procedimiento el cual esta
establecido por la composición química de los materiales.
Fuente: hoja de control interno de procedimientos, planta San José
Figura 27. Procedimiento de soldadura interno en planta hoja 1
78
Fuente: hoja de control interno de procedimientos, planta San José Figura 28. Procedimiento de soldadura interno en planta, hoja 2
Cada procedimiento varia de acuerdo a la composición química del
material de la tubería que se debe de trabajar. Estos procedimientos están
basados en las normas AWS y procedimientos internos en planta.
79
3.6.3. Composición química de los materiales
Es necesario tener en cuenta la composición química de los materiales
antes de aplicar cualquier tipo de soldadura en alguna reparación por realizar,
ya que no todos los materiales reaccionan de la misma forma ante la aplicación
de un material de aporte. La información de la planta sirve de referencia:
Fuente: hoja de referencia interna de uso de metales en planta
Figura 29. Gases de protección a utilizar dependien do de la composición química del material
Fuente: hoja de referencia interna de uso de metales en planta Figura 30. Corriente de transición para materiales de distinta composición
química
80
Como todo material es necesario nombrar a cada uno por su nombre
industrial o por nombres comúnmente utilizados en el medio tal es el caso en
planta que utilizamos la siguiente terminología de acuerdo a cada material.
Fuente: manual de términos utilizados internamente en planta Figura 31. Terminología de los materiales utilizados en planta
81
3.6.4. Materiales de aporte
Los electrodos se seleccionan en base al metal a soldar y de acuerdo
con el tipo de recubrimiento. Normalmente, son de una aleación de la misma
composición que el metal de base o más alta. En algunos casos, por razones
de diseño, se utilizan electrodos de aleaciones especiales. El tipo de
recubrimiento del electrodo, generalmente, se deja a criterio del fabricante.
La fórmula del recubrimiento del electrodo es una información
celosamente guardada por el fabricante de éstos. El recubrimiento influencia
cómo el electrodo opera en distintas posiciones, formas y uniformidad del
cordón de soldadura. Hay dos clasificaciones básicas: 15 (óxido de calcio) y 16
(óxido de titanio).
La mejor selección de los materiales de aporte para la aplicación de
soldadura dan como resultado una buena aleación, en planta se utiliza los
electrodos en la soldadura manual donde el tiempo no es factor importante y la
presión y área de trabajo no son tan trascendentes en la operación de la planta,
además utiliza los rollos o bobinas en la soldadura automática, donde el área
nos los permite y el tiempo que tenemos es reducido pues ya que con esta
maquina el tiempo de paliación de soldadura se reduce en un 30%.
Esto adicional a prácticas convencionales de control de calidad para
asegurar la limpieza de los alambres y no mezclar la calidad de uno y otro,
estos alambres se limpian y almacenan en lugar libre de polvo y humedad.
82
Fuente: inspección de soldadura. Pág. 105 Figura 32. Composición química de los materiales de aporte utilizados en
planta.
3.6.5. Equipo de soldadura eléctrica
El equipo de soldadura eléctrica o la máquina de soldar debe ser la
adecuada para poder transmitir la potencia necesaria en el proceso a utilizar en
una reparación, en planta se tiene las máquinas Miller la cual es la adecuada
Lo estándar es utilizar corriente continua, con electrodo negativo. Una
opción es utilizar corriente pulsante, que es adecuada para soldar materiales
finos y para juntas que no están bien alineadas. La corriente pulsante es
también útil para realizar la pasada de raíz en soldadura de cañerías. Las
fuentes de potencia normalmente cuentan con un dispositivo de encendido de
alta frecuencia. Esto permite que el arco se encienda sin tener que tocar la
83
superficie, lo cual puede resultar en una contaminación del electrodo de
tungsteno.
Algunas fuentes tienen un dispositivo que permite que el electrodo sea
posicionado sobre el trabajo, pero el arco no se enciende hasta que la torcha
sea levantada.
Una ventaja sobre el encendido por alta frecuencia es que elimina la
posible interferencia sobre componentes cercanos, tales como computadoras y
componentes electrónicos.
Además de los controles para la intensidad de corriente en el tablero de
la fuente, a menudo es útil tener un dispositivo de control de intensidad por
medio de un pedal. Este dispositivo permite al operario aumentar o disminuir la
corriente durante el transcurso de la soldadura, para ajustarse a las
condiciones, como puede ser una junta desalineada. Una ventaja adicional es
que permite el apagado del arco reduciendo la intensidad de corriente. Las
torchas son enfriadas por aire o por agua. Las enfriadas por aire están
limitadas a un rango de corrientes más bajo que las enfriadas por agua. Los
electrodos más comunes son los de tungsteno con un 2% de torio, debido a
sus excelentes propiedades de emisividad, aunque se utilizan electrodos de
tungsteno con otros agregados.
Las opiniones difieren en cuanto al tamaño de los electrodos para
diferentes amperajes. Algunos están a favor de utilizar diferentes diámetros
para rangos de corriente diferentes, mientras otros usan un diámetro de 2.4
mm para un rango de corriente mucho más amplio. También varían las
preferencias en cuanto a la terminación de la punta del electrodo, pero una de
las usadas más comúnmente es un afilado entre 20 y 25º con el extremo
despuntado a 0.25 mm de diámetro. Las toberas o copas gaseosas vienen en
una amplia variedad de tamaños y formas, y es mejor adaptar la tobera a la
aplicación. Los diámetros de copa más grandes proveen mejor protección
gaseosa, mientras las más pequeñas ayudan a mantener un arco más estable
y permiten una mejor visibilidad. Una alternativa es el lente gaseoso, el cual
84
crea un flujo laminar mediante pantallas especiales dentro de la tobera. El flujo
de gas inerte se proyecta a una distancia considerable de la punta de la tobera,
dando una mejor protección gaseosa y buena visibilidad.
Con cualquier proceso de soldadura que utilice gas inerte, es importante
revisar todas las conexiones para asegurar que no existan pérdidas en el
sistema. Si existiera una pérdida, por ejemplo en la línea de gas, el aire será
aspirado dentro de ésta, a pesar que se crea lo contrario.
Comparación de modos de transferencia de arco en la soldadura TIG
Fuente: Inspección de soldadura. Pág. 107 Figura 33. Comparación de modos de transferencia de arco en la soldadura
TIG
3.6.6. Equipos para gas Argón.
El proceso TIG (Tungsten Inert Gas, por sus siglas en ingles) es
adecuado para soldar acero inoxidable. Un gas inerte (Argón) se usa para
proteger del aire al metal fundido de la soldadura. Si se necesita, se agrega
metal de aporte en forma de alambre dentro del arco, bien manual o
automáticamente.
85
Con este proceso se puede soldar materiales tan finos como algunas
centésimas hasta espesores grandes, pero normalmente se usa hasta 1/4" (6.4
mm).
En combinación con el equipo de soldadoras eléctricas el equipo de gas
Argón utiliza las mismas fuentes de potencia, mecanismos de alimentación de
alambre que se usan para la soldadura de aceros ordinarios.
El proceso MIG y TIG deben controlar más parámetros que con la
soldadura con electrodos recubiertos, tales como: amperaje, voltaje, pendiente
de corriente, alimentación de alambre, velocidad de pulsos y modo de
transferencia del arco. Consecuentemente, las fuentes de potencia para la
soldadura MIG y TIG que utilizan Argón son más complejas y costosas.
Consumibles: el gas que se usa como protección para el arco spray en
planta, normalmente, es Argón con 1 o 2% de Oxígeno. Las soldaduras por
arco en cortocircuito y pulsado usan una gran variedad de escudos gaseosos.
Una mezcla popular en Norteamérica es 90% Helio, 7.5% argón y 2.5% CO2;
pero en Europa, el helio es bastante caro y se usa ampliamente una mezcla de
90% argón, 7.5% Helio y 2.5% CO2. Cualquiera sea la combinación, el gas de
protección debe contener al menos un 97.5% de gases inertes (Argón, Helio o
mezcla de los dos). El dióxido de carbono no debe exceder el 2.5%, o la
calidad de la soldadura y la resistencia a la corrosión podrán verse reducidas.
Los metales de aporte a ser usados en la soldadura con gas Argón se
encuentran en los diámetros más comunes que son 0.9 mm, 1.2 mm y 1.6 mm.
3.6.7. Radiografía
La forma usual de inspección de soldaduras se realiza actualmente
mediante la realización de una radiografía con rayos X o con rayos gamma, el
examen de éstas por medio del negatoscopio e inspección visual de un
profesional que por medio de cartas de comparación valida o no la soldadura.
86
La idea es observar y buscar aquellas formas que responden a lo que
se denomina poros en la soldadura. Además, siguiendo las normas AWS de
soldadura determina el tamaño máximo del poro, el tamaño medio de los poros,
la porosidad aislada y al final valida la soldadura clasificándola en tres grupos
como indican las normas.
En planta cada soldador antes de la aplicación de una soldadura este
debe realizar una prueba para cumplir con las especificaciones de calificación
en soldadura, tales como la AWS, ASME y ASTM, los soldadores deben pasar
por un programa de entrenamiento previo, el cual no sólo es esencial antes de
tomar las pruebas de calificación, sino que también aseguran la calidad en la
ejecución de la soldadura.
Ejemplo de radiografía en un cordón de tubería.
Porosidad
Fuente: tecnología para el inspector de soldadura. Pág. 9-6
Figura 34. Porosidad en un cordón de soldadura
3.6.8. Reporte de trabajo
Es importante tener en cuenta que la retroalimentación de los trabajos
es esencial para poder llevar un buen control de mantenimientos ya sean
correctivos o preventivos, es por ello, que en planta se hace necesario el
control de un reporte de trabajo el cual incluya todos los pasos y permisos que
se utilizaron durante la reparación así como el equipo, procedimiento, material
de aporte y autorizaciones previas.
87
La idea es poder entregar un reporte en el cual se facilite al planificador
de mantenimiento el control de las reparaciones que se le han hecho a la
caldera para así poder entregar un reporte a casa matriz de los trabajos que se
le han hecho a la caldera.
Dicho reporte se preparó con base en los procedimientos establecidos
por la AWS y normas internas de la planta, además de incluir las personas que
pueden autorizar dicho trabajo para lograr el círculo de información eficaz entre
el soldador y el inspector de soldadura. El reporte se puede observar en los
anexos futuros.
3.7. Normas de seguridad aplicables al proceso
3.7.1. Inducción de seguridad industrial
No importando cuan grande sea la falla o que tan rápido se deba de
hacer la reparación; en planta se maneja un sistema en el cual, a toda persona
contratista o empleado de la misma, debe recibir su inducción de seguridad la
cual trata de que las personas capten el concepto de la seguridad en la
industria, qué no importa que tan complicado sea el trabajo o cuán importante
sea, primero es la seguridad de las personas y luego el trabajo.
La plática de seguridad incluye vídeos y pláticas los cuales abarcan,
trabajos en altura, permisos en caliente, equipo de protección personal, el
manejo de los gases comprimidos, manejo de combustibles, el trabajo en
caliente en espacios confinados.
Todas las personas reciben su inducción programadas durante cinco
horas, en ella se tocan todas las dudas que el personal tenga acerca de las
normas internas dentro de planta y principalmente, conocer que la seguridad en
planta es lo primero.
88
3.7.2. Equipo de protección personal
En planta nos basamos a normas de seguridad escritas por la OSHA y
por la AWS, como parte de los trabajos es necesario que el personal cuente
con equipo básico necesario proporcionado por la empresa.
Este equipo obligatorio de protección individual, se compone de:
• Polainas de cuero
• Calzado de seguridad
• Yelmo de soldador (Casco y careta de protección)
• Pantalla de protección de sustentación manual
• Guantes de cuero de manga larga
• Manguitos de cuero
• Mandil de cuero
• Casco de seguridad, cuando el trabajo así lo requiera
Además el operario no debe trabajar con la ropa manchada de grasa,
disolventes o cualquier otra sustancia inflamable. Cuando se trabaje en altura y
sea necesario utilizar cinturón de seguridad, éste se deberá proteger para
evitar que las chipas lo puedan quemar.
Es importante conocer lo que nos indica la etiqueta tipo diamante que nos
da la AWS:
Fuente: tecnología del inspector de soldadura Figura 35. Portada manual de normas de seguridad dadas por la AWS
89
Fuente: pagina Internet www.unizar.es.com
Figura 36. Código NFPA
3.7.3. Equipo para trabajos en altura
Debido a la altura de las calderas es necesario contar con un equipo con
el cual se pueda transportar por lado interno de las paredes de la caldera, en
planta contamos con dos equipos. El primero en el cual solo se puede
transportar dos personas, el soldador y el monitor de seguridad. Este es
accionado por medio de motores neumáticos, elevándose por medio de cables
guías de diámetro de ¼ de pulgada.
El otro, equipo, el cual es capaz de subir cuatro personas, dicho
elevador es accionado por motores eléctricos uno en cada extremo y uno al
90
centro del mismo; el único inconveniente de utilizar este equipo es que
únicamente se puede utilizar en dos paredes de la caldera pues ya que si se
quisiera utilizar en las otras dos habría que sacar los cables para poder ubicarlo
en las otras paredes.
En una emergencia utilizamos el elevador pequeño pues es más versátil
y fácil de armar para poder cubrir las emergencias.
3.8. Detección de fallas
3.8.1. Método ultrasónico
No es más que la utilización de una pistola ultrasónica maneja a 40Hz
de frecuencia para poder escuchar en operaciones cualquier fuga que se
presentara en cualquiera de las tuberías de las paredes de la caldera.
Con dicho equipo se puede localizar rápidamente las fugas internas o de
presión debido a la naturaleza de alta frecuencia y onda corta, nos permite
encontrar las fugas en medio de cualquier alto ruido.
En planta contamos con la pistola amprobe 2000, de ésta se imparte una
certificación cada seis meses para no perder la práctica y poder afinar el oído
para la detección de fugas; la orden de trabajo de revisión de fugas es
asignada cada 15 días de la cual los encargados son los mecánicos de planta
quienes conocen ya la frecuencia a la que se trabaja y están certificados.
Fuente: manual de equipo fabricante de pistola ultrasónica Figura 37. Equipo de pistola ultrasónica.
91
3.8.2. Análisis metalúrgico
En planta se lleva un control de análisis metalúrgico de la tubería que no
es más que el estudio de los materiales que se pudieron impregnar en las
paredes de la tubería de la caldera, provocando la reducción de los diámetros
de la misma y/o haciendo que la concentración de calor sea más en
determinado punto lo que provocaría un desgaste de la tubería pudiendo ser un
foco de explosión de la tubería causando una fuga.
La revisión se realiza cada 6 meses en los paros de mantenimiento, la
idea es cortar una determinada cantidad de tubos en las paredes opuestas a
los quemadores y paredes aledañas, estas muestras se envían a un laboratorio
americano para que se hagan las pruebas correspondientes y estos a su vez
nos envían el reporte de trabajo; el ingeniero químico es el encargo de llevar el
control de las muestras y programar los trabajos cada paro de mantenimiento.
Fuente: reporte de análisis de laboratorio Figura 38. Ejemplo de reporte de análisis de tubería de caldera.
92
3.8.3. Medición de espesores
En planta se lleva un control de espesores de tubería, la rutina se hace
cada 6 meses con el fin de controlar los espesores de las tuberías y lograr
actuar antes de que la tubería presente una falla que nos haga salir de línea.
El medidor de espesores es un aparato que por medio de ondas
ultrasónicas detecta el espesor de los materiales y nos da una medida la cual
está en milésimas de pulgada.
El siguiente formato el cual sirve para el control de los espesores de las
tuberías; el encargado de manejarlo es el ingeniero de mantenimiento quien
administra el formato y se encarga de asignar los trabajos de calzado de
tubería con los materiales adecuados dependiendo del área de trabajo.
Fuente: formato de uso interno en planta San José Figura 39. Formato de medición de espesores de tubería de caldera.
93
3.8.4. Inspección visual
El propósito de este tipo de ensayo es el de asegurar la operación
segura de las partes probadas, detectar debilidades en su diseño, identificar
cualquier deficiencia de calidad y así evitar fallas durante el servicio, dentro de
esta prueba, usualmente, en planta utilizamos pruebas de carga, hidrostáticas y
neumáticas.
Se busca encontrar las discontinuidades o posibles poros que se
detecten a simple vista o afloren a la superficie.
Según la AWS el 80% de las discontinuidades, defectos y deficiencias son
detectadas por esta técnica, es necesario que la persona que la realice cuente
con alta experiencia en el campo de la soldadura y mejor si se tiene una
certificación por parte de la AWS.
Fuente: tecnología del inspector de soldadura
Figura 40. Kit de instrumentación para la inspección visual
Medidor de raiz de soldadura
Micrómetro
Equipos de medición de precisión
Cinta métrica
94
3.8.5. Ensayos no destructivos
Llamados según la AWS como las normas o inspección y evaluación no
destructiva, en planta, la más utilizada es la radiografía que se definió
anteriormente, líquidos penetrantes y partículas magnéticas. La idea de estos
ensayos es poder identificar discontinuidades o verificar la buena aplicación de
la soldadura sin dañar la pieza.
El mas común es el de líquidos penetrantes pues ya que se tienen los
químicos que se utilizan para practicar dicha prueba y muchas veces por la
posición de la tubería es la técnica que mejor se adapta.
Los líquidos penetrantes: consisten en aplicar un liquido sobre la
superficie soldada o a evaluar, dejándolo un tiempo sobre ésta que le
llamaríamos tiempo de penetración, esto con el fin de que se introduzca en las
posibles discontinuidades de la soldadura, para luego limpiar el exceso que al
aplicar un revelador se pueda observar la discontinuidad perfectamente, con
esta técnica se puede certificar a la persona, sin embargo, con la practica y la
atención debida cualquier persona la puede realizar.
Fuente: tecnología del inspector de soldadura Figura 41. Aplicación de líquido limpiador a pieza a examinar.
95
Fuente: tecnología del inspector de soldadura
Figura 42. Aplicación de líquido penetrante en soldadura y cordón revelado.
3.9. Disponibilidad de planta en línea
3.9.1. Análisis económico
Como en todo proceso el análisis económico de pérdidas y ganancias de
producción es indispensable.
La no disponibilidad de los equipos en planta se traduce en pérdidas
económica, estas pérdidas pueden ser aún mayores en el área de producción
de vapor si no se tiene un plan de contingencia con el cual actuar ante una
reparación de tubería de caldera. Tal como lo podemos observar en la figura
siguiente en el proceso de generación de vapor.
Fuente: manual de partes de fabricante caldera en planta san José
Figura 43. Proceso de generación de vapor
96
El balance energético para poder calcular la pérdida que se tuviera de no
actuar de forma rápida y eficiente en la reparación de la tubería lo podemos
observar en el cuadro siguiente:
Volumen carbón = 47,486 mt3/año;
peso= 31,625.500 Kg. /año
Esta cantidad de combustible genera
85,464 x E+06 Kcal. (Anual).
% medio de humedad = 14%
Energía disponible por hora = 11,487
x 10 a 3 Kcal. /h
Esta cantidad de energía permite
generar
• 11,881 kg. Vapor/hora con
n=80%
Total de vapor generado = 17886 Kg.
vapor /hora.
Con este vapor obtenemos
1,089Kw
• 1,089 x 7440 horas/ año =
8,102,160 Kwh./año
• Energía generada al mes =
675,180 Kwh./mes
• Energía generada al día =
22,506 Kwh. /día
Si se tuviera una falla de 2 días de
reparación enfriamiento de caldera y
puesta en marcha la pérdida que se
tuviera sería la siguiente
• 22,506 kwh. /día x 3 = 67,518
Kwh. /día
• 67,518 Kwh. / día x Usd 3.00 =
USD 202, 554 dólares
perdidos.
Es por ello, que la elaboración de un plan de contingencia y la buena
aplicación ahorrará a la empresa buena cantidad de dinero en reparaciones de
tuberías o cualquier otro equipo relacionado con el proceso.
97
CONCLUSIONES
1. No existía en planta un adecuado plan de contingencia para actuar. Se
esperaba hasta que sucedan las emergencias para actuar, cada
problema en la tubería determinaba las actividades a seguir en los
sucesos de la misma, no se llevaba un control de retroalimentación en
cada falla. Por ello, es necesario que en planta la estrategia de un plan
de contingencia incluya toda la información posible que se pueda
recopilar, para futuros análisis y planificación de trabajos.
2. El plan de contingencia podrá ser aplicado efectivamente cuando la
planta permita conocer al personal involucrado en la reparación de las
tuberías; lo importante que es el adecuado control de mantenimiento
preventivo y cómo actuar ante una contingencia de la mejor manera,
estableciendo como guía el presente documento.
3. El conocimiento de los equipos y procedimientos establecidos por parte
del manual del fabricante, además de conocer la ubicación de cada uno,
nos ayudará a manejar eficientemente el plan de contingencia.
4. El profundizar en las técnicas de soldadura y normas de la AWS nos
permite definir acciones rápidas y concretas para la acción a tomar en
una reparación de tubería en la pared de caldera.
5. Una vez establecido el plan de contingencia con procedimientos de
respuesta unificado para coordinar actividades dará como resultado la
minimización de los tiempos de respuesta de una reparación.
6. La capacitación y la puesta en práctica de cada paso en el seguimiento
del plan nos dará seguridad de cómo actuar en una reparación, nos
permitirá retornar a línea lo más pronto posible y ahorrarnos buena
cantidad de dinero.
98
RECOMENDACIONES
1. Utilizar la presente guía como plan de contingencia para capacitar a
las personas involucradas en la reparación de las fugas, esto
ayudará a trabajar según normas y especificaciones definidas para la
planta.
2. Tener identificada un área donde se tenga todo el equipo necesario
para la reparación de la fuga, formatos en blanco de los permisos
necesarios, materiales de aporte y herramienta especializada. Esto
con el fin de lograr un menor tiempo de respuesta.
3. Programar a las personas involucradas en las reparaciones a
capacitaciones constantes donde se realice una prueba en tiempo
real para poner en práctica cada punto del plan de contingencia y así
poder observar la capacidad de respuesta de cada miembro.
4. Documentar a través de la implementación de formatos adecuados
para el tipo de trabajo todas las reparaciones que se realicen en la
caldera.
5. Mantener además del material de aporte y suministros necesarios
para la reparación, un stock necesario en bodega con los materiales
recomendados ubicados en lugares estratégicos y codificados para
poder tener una respuesta inmediata de entrega.
6. Mantener en práctica constante a los soldadores con el fin de
mantenerles la exactitud de la aplicación de los cordones de
soldadura en todos los tipos de soldadura.
99
BIBLIOGRAFIA
1. Inc. Anthony Kohan MANUAL DE CALDERAS , Editorial McGraw-Hill,
cuarta edición.
2. TECNOLOGÍA DE LA SOLDADURA , Manual de normas AWS,
Twentieth Edition.
3. API STANDARD 1104 , Manual de normas de AWS, Twentieth Edition,
Noviembre 2,005.
4. Wiley Salih O. Duffuaa. SISTEMAS DE MANTENIMIENTO
PLANEACIÓN Y CONTROL , Editorial Limusa
5. MANUAL INTERNO DE NORMAS DE SEGURIDAD , Central
Generadora Electrica San Jose, 2001
6. Manuales varios de equipos de planta
100
ANEXOS
Anexo 1. Tipos de fallas en las soldaduras
Escoria uniforme, sin embargo, se observa demasiados poros a lo largo;
esto puede ser debido a humedad en el electrodo o mala elección de material
de aporte.
Cordón de soldadura con quebradura al centro y porosidad, causa
posible mal amperaje, humedad en el ambiente, mala aplicación de soldadura.
101
Cordón demasiado ancho, se puede apreciar velocidad de
aplicación muy rápida, amperaje alto, hay socavaciones y demasiados poros
que exceden lo permitido por la norma.
Demasiado chisporroteo, material acumulado, posibles causas velocidad
lenta de paliación, amperaje bajo, mala elección de material de aporte.
102
Anexo 2. Formato de control de retroalimentación de informacion de los
trabajos de soldadura.
103
Anexo 3. Etapas seguidas para la detección de defec tos de soldadura.
Clasificación de defectos de soldadura
104
Anexo 4. Definiciones acerca de defectos de soldadu ra
105
Anexo 5. CONTROL DE PERMISOS DE TRABAJO RELACIONA DOS CON
LA REPARACION DE LA TUBERIA DE PARED DE LA CALDERA Del_____ al ______ del mes de __________________ de l año ___________
Complete cada cuadro de acuerdo a la información requerida para el control de permisos de trabajos que se relacionan con la reparación de un tubo en la pared de la caldera PERMISOS EMITIDOS Permiso
No. HOJA
ÍNDICE TIPOS DE
PERMISOS NOMBRE DE SUPERVISOR
FIRMAS DISCREPANCIAS ENCONTRADAS
OBSERVACIONES: ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ AUDITOR: ______________________________ FECHA: ________ Nombre y Firma
106
Anexo 6. Auditorias del plan de contingencia
Se efectuaran auditorias para:
1. Asegurarse que todo el personal comprende los objetivos del plan
2. Verificar que el personal involucrado en el plan de contingencia
conoce su ubicación física
Tiempo en el que se debe de practicar la auditoria
1. La auditoria deberá efectuarse cada tres meses
Control de auditorias
1. Entregar el reporte de auditoria al Ingeniero de mantenimiento
o asistente
2. Las auditorias se llevaran a cabo bajo la dirección del
Ingeniero de mantenimiento
3. Todas las personas involucradas en el comité de contingencia
deben de llenar el Formato de control de auditorias
4. se llevara un índice el que llevara la siguiente información:
a. Se coloca el número de hoja correlativo y se revisa la
información
b. Firmas: se revisa que estén todas las firmas del
personal de control de auditorias
c. Discrepancias encontradas: Se anota cualquier
anomalía que se haya detectado durante la auditoria.
Observaciones: Se anotan todas las novedades encontradas en el llenado de
los permisos de trabajos relacionados con la auditoria.
107
Anexo 7. Formato de lista telefónica de personal es encial de planta en
caso de falla en la tubería de pared de la caldera
Función Empleado
1er. número
de contacto
2do número
de contacto
Tiempo de
respuesta Dirección Cargo
Anexo 8. Formato de lista telefónica de personal co ntratista en caso que
se presente una falla en la tubería de pared de cal dera
Código del
contratista Recurso
Representante
del servicio
Numero
telefónico
Tiempo de
respuesta
108
Inicio
Preparar el plan de pruebas
¿El plan esta bien?
Observar el comportamiento del
plan
Analizar el resultado de las pruebas
Plan aprobado por gerencia
Enviar a comité de contingencias el resultado de las
pruebas
Revisar el plan
Inicio de segunda fase capacitación
Enviar copia al ingeniero de
mantenimientoReexaminar
¿Mas planes a probar?
Iniciar plan de mantenimiento
Iniciar siguiente plan de pruebas
Continuar con resultados de planes
El plan de pruebas es
correcto
Identificar al personal que hará la prueba
si
no
si
no
si
no
si
no
si
no
Anexo 9. Diagrama de flujo, pruebas de capacitación plan de contingencia
![Soldadura Tig [Sunarc]](https://img.pdfslide.es/doc/110x75/55cf9cf8550346d033abb918/soldadura-tig-sunarc.jpg)
